Защо комуникацията между мозъка и мозъка не е по-дълго немислима

Телепатия, около 23-ти век: Вулканският разум, осъществен чрез докосване на храмовете с върховете на пръстите, е приета техника за усъвършенстване на сюжета на епизода от „Стар Трек“ с минимум диалог, чрез споделяне на сензорни впечатления, спомени и мисли между нечовешки герои.

Свързани четива

Отвъд границите

Купува

Свързано съдържание

• Този удар на гения може да ви позволи да пишете с мозъка си

Телепатия, 2015: В Центъра за сензормоторно нервно инженерство на Университета във Вашингтон млада жена си прави капачка за електроенцефалограма, осеяна с електроди, които могат да прочетат минутните колебания на напрежението в мозъка й. Тя играе в игра, отговаря на въпроси, като насочва погледа си към една от двете светлинни светлини с надпис „да“ и „не“. Светлината „да“ мига 13 пъти в секунда, „не“ на 12 и разликата е твърде малък, за да може да я възприема, но достатъчен, за да може компютърът да открие при изстрелването на неврони във визуалната й кора. Ако компютърът определи, че гледа на „да“ светлината, той изпраща сигнал до стая в друга сграда, където друга жена седи с магнитна намотка, разположена зад главата. Сигналът „да“ активира магнита, предизвиквайки кратки смущения във визуалното поле на втория обект, виртуална светкавица („фосфен“), която тя описва като сходна с появата на топлинна светкавица на хоризонта. По този начин отговорите на първата жена се предават на друг човек в кампуса, като „Star Trek” ще бъде по-добър: обмен на информация между двама умове, които дори не са на едно и също място.

За почти цялата човешка история, само петте естествени сетива бяха известни като служене за проникване в мозъка и език и жест като канали навън. Сега изследователите нарушават тези граници на ума, придвижват информация навътре и навън и в пространството и времето, манипулират я и потенциално я подобряват. Този експеримент и други са били „демонстрация за започване на разговора“, казва изследователят Раджеш Рао, който го проведе заедно с колегата си Андреа Стоко. Разговорът, който вероятно ще доминира невронауката през по-голямата част от този век, държи обещанието за нова технология, която ще се отрази драматично на това как лекуваме деменцията, инсулта и нараняванията на гръбначния мозък. Но ще става въпрос и за етиката на мощни нови инструменти за засилване на мисленето и в крайна сметка за самата природа на съзнанието и идентичността.

Това ново проучване е резултат от работата на Рао в „интерфейсите мозък-компютър“, които преработват нервни импулси в сигнали, които могат да контролират външни устройства. Използването на ЕЕГ за управление на робот, който може да се ориентира в една стая и да вдига предмети - което Рао и неговите колеги демонстрираха още през 2008 г. - може да са нещо обичайно за квадриплегиците някой ден.

Роботизирани скелети с тактилни сензори, държани тук от Мигел Николелис, откриват промените в положението, температурата и налягането и изпращат тази информация до мозъка. (Пауло Уитакър / Ройтерс / Корбис) За да наблюдава мозъка неинвазивно, Rajesh Rao пасва на участниците в изследването с ЕЕГ капачки и добавя проводящ гел, така че скалпът и електродите да правят добър контакт. (Хосе Мандоджана) Оборудването, което изследователите използваха при демонстрацията, включваше ЕЕГ капачка, ЕЕГ електроди, кабели, контролна кутия и усилвател на сигнала. (Хосе Мандоджана) Маймуните в скорошно проучване използваха мозъка си, за да контролират виртуална ръка и да манипулират виртуални обекти. Електрическите сигнали, подадени обратно към мозъка, имитираха усещането за допир. (Николелис Лаборатория) Изследователите нарушават границите на ума, движат информацията навътре и навън и в пространството и времето. (Хосе Мандоджана) Изследователите от Университета на Вашингтон Раджеш Рао (вляво) и Андрю Стоко (вдясно) участват в първата демонстрация на интерфейс „мозък-мозък“. (Университет във Вашингтон)

В това, което Рао казва, че е първият случай на съобщение, изпратено директно от един човешки мозък в друг, той е записал Stocco, за да помогне да играе основна игра тип „Space Invaders“. Докато един човек наблюдаваше атаката на екран и общуваше, използвайки само мисълта, че е най-добрият момент да стреля, другият получи магнитен импулс, който накара ръката му, без съзнателни усилия, да натисне бутон на клавиатура. След известна практика, казва Рао, те се справиха доста добре.

"Това е хубаво", казах, когато той ми описа процедурата. „Можете ли да го накарате да свири на пиано?“

Рао въздъхна. "Не с нищо, което използваме сега."

При всичко, което науката изучава и картографира мозъка през последните десетилетия, умът остава черна кутия. Известно есе от 1974 г. на философа Томас Нагел попита: „Какво е да си прилеп?“ И заключи, че никога няма да разберем; друго съзнание - друго на човека, камо ли член на друг вид - никога не може да бъде разбрано или достъпно. За Рао и още няколко души да отворят тази врата една малка пукнатина, тогава е забележително постижение, дори ако работата най-вече подчерта колко голямо е предизвикателството, както концептуално, така и технологично.

Компютърната мощност и програмирането са изправени пред предизвикателството; проблемът е интерфейсът между мозъка и компютъра и особено този, който върви в посока от компютър към мозък. Как да предадете сигнал на дясната група нервни клетки сред очакваните 86 милиарда в човешкия мозък? Най-ефективният подход е имплантиран приемо-предавател, който може да бъде здраво свързан, за да стимулира малки участъци на мозъка, дори до един неврон. Такива устройства вече се използват за „дълбока мозъчна стимулация“, техника за лечение на пациенти с Паркинсон и други нарушения с електрически импулси. Но едно е да се извърши операция на мозъка за нелечимо заболяване и нещо друго да се направи като част от експеримент, чиито ползи в най-добрия случай са спекулативни.

Така Рао използва техника, която не включва отваряне на черепа, флуктуиращо магнитно поле, за да предизвика малък електрически ток в дадена област на мозъка. Изглежда, че е в безопасност - първият му доброволец беше негов сътрудник Стоко - но това е груб механизъм. Най-малката област, която може да бъде стимулирана по този начин, казва Рао, не е съвсем половин инч. Това ограничава приложението му до груби двигателни движения, като натискане на бутон или обикновена комуникация „да или не“.

Друг начин за предаване на информация, наречен фокусиран ултразвук, изглежда способен да стимулира регион на мозъка, малък колкото зърно ориз. Докато медицинските приложения за ултразвук, като образна диагностика и тъканна аблация, използват високи честоти, от 800 килогерца до мегагерцовия обхват, екип, ръководен от рентгенолога от Харвард Seung-Schik Yoo, установява, че честотата от 350 килогерца работи добре и очевидно безопасно, да изпрати сигнал до мозъка на плъх. Сигналът произлиза от човешки доброволец, снабден с ЕЕГ, който взема проба на мозъчните му вълни; когато се съсредоточи върху определен модел светлини на компютърен екран, компютър изпрати ултразвуков сигнал на плъха, който премести опашката си в отговор. Йоо казва, че плъхът не е показал лоши ефекти, но безопасността на фокусирания ултразвук върху човешкия мозък е недоказана. Част от проблема е, че за разлика от магнитната стимулация, механизмът, чрез който ултразвуковите вълни - форма на механична енергия - създава електрически потенциал, не е напълно разбран. Една от възможностите е тя да работи косвено чрез „пукане“ на отворени везикули или торбички в клетките на мозъка, заливайки ги с невротрансмитери, като доставя изстрел на допамин точно в правилната област. Алтернативно, ултразвукът може да предизвика кавитация - барботиране - в клетъчната мембрана, променяйки нейните електрически свойства. Йо подозира, че мозъкът съдържа рецептори за механична стимулация, включително ултразвук, които до голяма степен са пренебрегнати от невролозите. Такива рецептори биха обяснили феномена „виждане на звезди“ или светкавици, например от удар в главата. Ако фокусираният ултразвук се окаже безопасен и стане възможен подход за компютърно-мозъчен интерфейс, той ще отвори широк спектър от неизследвани - всъщност едва ли представени - възможности.

Директната словесна комуникация между индивидите - по-сложна версия на експеримента на Рао, с двама свързани хора, които обменят изрични твърдения само като ги мислят - е най-очевидното приложение, но не е ясно, че вид, владеещ език, се нуждае от по-технологично усъвършенстван начин да каже „ Закъснявам, "или дори" обичам те ". Джон Тримпер, доктор по психология от университета в Емори, който е писал за етичните последици от интерфейса между мозъка и мозъка, спекулира, че технологията, " особено чрез безжична връзка предаванията, евентуално биха позволили на войници или полиция - или престъпници - да комуникират тихо и скрито по време на операции. "Това би било в далечното бъдеще. Досега най-богатото на съдържание съобщение, изпратено от мозък към мозък между хората, пътува от тема в Индия до една в Страсбург, Франция. Първото съобщение, усърдно закодирано и декодирано в двоични символи от група, базирана в Барселона, беше „ hola “. С по-сложен интерфейс човек може да си представи, да речем, жертва на парализиран удар, общуващ с болногледач или неговото куче. И все пак, ако това, което той казва, „Донеси ми вестника“, има, или скоро ще бъдат синтезатори на реч - и роботи - които могат да направят това. Но какво ще стане, ако човекът е Стивън Хокинг, големият физик, засегнат от ALS, който общува, използвайки бузов мускул, за да въведете първите букви на дума? Светът със сигурност би могъл да се възползва от пряк канал към неговия ум.

Може би все още мислим твърде малко. Може би аналог на естествения език не е приложението убиец за интерфейс от мозък към мозък. Вместо това трябва да е нещо по-глобално, по-амбициозно - информация, умения, дори суров сензорни данни. Ами ако студентите по медицина могат да изтеглят техника директно от мозъка на най-добрия световен хирург или ако музикантите могат директно да имат достъп до паметта на велик пианист? „Има ли само един начин да научим умение?“, Размишлява Рао. „Може ли да има пряк път и това измама ли е?“ Дори не трябва да се включва друг човешки мозък на другия край. Може да е животно - какво би било да изпитвате света чрез миризма, като куче - или чрез ехолокация, като прилеп? Или може да е търсачка. „Това е измама на изпит, ако използвате смартфона си, за да потърсите нещата в Интернет“, казва Рао, „но какво ще стане, ако вече сте свързани с интернет чрез мозъка си? Все по-голяма мярка за успеха в обществото е колко бързо имаме достъп, усвояваме и използваме информацията, която е там, а не колко можете да натъпчете в собствената си памет. Сега го правим с пръсти. Но има ли нещо по своята същност грешно да го правиш само като мислиш? “

Или може да е вашият собствен мозък, качен в някакъв провидентен момент и цифрово запазен за бъдещ достъп. „Да речем, че години по-късно имате мозъчен инсулт“, казва Стоко, чиято собствена майка е получила инсулт през 50-те си години и никога повече не ходи. „Сега отиваш на реабилитация и е все едно да се научиш да ходиш отначало. Да предположим, че можете просто да изтеглите тази способност в мозъка си. Най-вероятно няма да работи перфектно, но би било голям опит за възвръщане на тази способност. "

Мигел Николелис, креативен невролог на херцог и хипнотизиращ лектор по веригата TED Talks, знае стойността на добрата демонстрация. За Световното първенство през 2014 г. Николелис - футболист, роден в Бразилия по футбол, работи с други, за да създаде роботизиран екзоскелет, контролиран от импулсите на ЕЕГ, което дава възможност на млад параплегик да нанесе церемониалния първи ритник. Голяма част от работата му сега е върху комуникацията между мозъка и мозъка, особено в силно езотеричните техники за свързване на умовете за съвместна работа по даден проблем. Умът не е човек, така че той може да използва електродни импланти, с всички предимства, които предава.

Един от най-ярките му експерименти включва двойка лабораторни плъхове, които учат заедно и се движат в синхрон, докато комуникират чрез мозъчни сигнали. Плъховете бяха обучени в заграждение с два лоста и светлина над всеки. Лявата или дясната светлина ще мига и плъховете се научиха да натискат съответния лост, за да получат награда. След това те бяха разделени и всеки снабден с електроди към моторната кора, свързан чрез компютри, които взеха проби от мозъчни импулси от един плъх („енкодера“) и изпратиха сигнал към втори („декодер“). Плъхът „енкодер“ ще види една светкавична светкавица - да речем, лявата - и натисна левия лост за наградата си; в другата кутия и двете светлини ще мигат, така че „декодерът“ не знае кой лост да натисне - но когато получи сигнал от първия плъх, ще отиде и вляво.

Николелис добави хитър обрат към тази демонстрация. Когато декодерът плъх направи правилния избор, той беше възнаграден и енкодерът получи и второ възнаграждение. Това послужи за подсилване и укрепване на (несъзнаваните) невронни процеси, които се пробват в мозъка му. В резултат на това и двете плъхове станаха по-точни и по-бързи в отговорите си - „чифт взаимосвързани мозъци ... прехвърляне на информация и сътрудничество в реално време.“ В друго проучване той свърза три маймуни, за да контролира виртуална ръка; всеки можеше да го премести в едно измерение и докато гледаха екран, те се научиха да работят заедно, за да го манипулират до правилното място. Той казва, че може да си представи използването на тази технология, за да помогне на жертвата на инсулт да възвърне определени способности, като свърже мозъка си с този на здрав доброволец, като постепенно коригира пропорциите на входа, докато мозъкът на пациента не свърши цялата работа. И той вярва, че този принцип може да бъде разширен за неопределено време, за да се включат милиони мозъци, които да работят заедно в „биологичен компютър“, който решава въпросите, които не могат да бъдат поставени или отговори в двоична форма. Можете да попитате тази мрежа от мозъци за смисъла на живота - може да не получите добър отговор, но за разлика от цифров компютър, "това" поне ще разбере въпроса. В същото време Николелис критикува усилията за подражание на ума в цифров компютър, без значение колко е мощен, казвайки, че те са „фалшиви и хабят милиарди долари.“ Мозъкът работи по различни принципи, моделирайки света по аналогия, За да предаде това, той предлага нова концепция, която нарича „Гьоделска информация“, след математика Курт Гьодел; това е аналогово представяне на реалността, която не може да бъде сведена до байтове и никога не може да бъде уловена от карта на връзките между невроните („Качи своя ум“, виж по-долу). „Компютърът не генерира знания, не извършва интроспекция“, казва той. „Съдържанието на мозък на плъх, маймуна или човек е много по-богато, отколкото бихме могли да симулираме чрез бинарни процеси.“

Предимството на това изследване включва действителни протези на мозъка. В Университета на Южна Калифорния Теодор Бергер разработва протеза на базата на микрочип за хипокампуса, частта от мозъка на бозайниците, която преработва краткосрочни впечатления в дългосрочни спомени. Той натиска в невроните от входната страна, пуска сигнала чрез програма, която имитира трансформациите, които хипокампусът обикновено извършва, и го изпраща обратно в мозъка. Други са използвали техниката на Бергер, за да изпращат спомена за научено поведение от един плъх на друг; след това вторият плъх научи задачата за много по-малко време от обикновено. За да бъдем сигурни, тази работа е извършена само при плъхове, но тъй като дегенерацията на хипокампуса е един от отличителните белези на деменцията при хората, потенциалът на това изследване е огромен.

Като се имат предвид обширните претенции за бъдещия потенциал на комуникацията между мозъка, е полезно да се изброят някои от нещата, за които не се твърди. Първо, няма значение, че хората притежават някаква форма на естествена (или свръхестествена) телепатия; напреженията, трептящи във вашия череп, просто не са достатъчно силни, за да бъдат четени от друг мозък без електронно подобрение. Нито сигналите (с която и да е технология, която притежаваме или предвиждаме) не могат да се предават или получават тайно или на разстояние. Работата на ума ви е сигурна, освен ако не дадете ключ на някой друг, като се подложите на имплант или ЕЕГ. Въпреки това, не е твърде рано да започнем да обмисляме етичните последици от бъдещото развитие, като например способността да имплантирате мисли в други хора или да контролирате тяхното поведение (затворници, например), използвайки устройства, предназначени за тези цели. „Технологията превъзхожда етичния дискурс в момента“, казва Тример на Емори, „и там нещата стават завишени.“ Имайте предвид, че голяма част от мозъчния трафик в тези експерименти - и със сигурност нещо като визията на Николелис за стотици или хиляди мозъци съвместна работа - включва комуникация по интернет. Ако сега се притеснявате, че някой ще хакне информацията за кредитната ви карта, как бихте се почувствали да изпратите съдържанието на ума си в облака? Все пак има още една песен, върху която се изучава комуникацията между мозъка и мозъка. Ури Хасън, неврологът от Принстън, използва функционални изображения с магнитен резонанс, за да изследва как един мозък влияе на друг, как те са съчетани в сложен танц на сигнали и контури за обратна връзка. Той се съсредоточава върху комуникационната техника, която според него е много по-добра от ЕЕГ, използвана с транскраниална магнитна стимулация, неинвазивна и безопасна и не изисква интернет връзка. Разбира се, това е език.