Михаил Лебедев: Лет через пятнадцать мы уже будем общаться напрямую из мозга в мозг

Гости
Михаил Лебедев
старший научный сотрудник Центра нейроинженерии Университета Дюка и научный руководитель Центра биоэлектрических интерфейсов Высшей школы экономики

Ольга Орлова: Первые попытки совместить мозг и машину предприняли в начале 1970-х годов ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Тогда же исследователь Жак Видаль придумал термин «Brain-Computer interface». А еще через 20 лет в мозг человека впервые было имплантировано устройство, которое позволяет считывать биологические сигналы от тела к компьютеру. А какие сейчас возможности для человечества открывает совмещение мозга и машины? Об этом мы решили спросить по гамбургскому счету научного сотрудника Центра нейроинженерии Университета Дюка и научного руководителя Центра биоэлектрических интерфейсов Высшей школы экономики Михаила Лебедева.

Здравствуйте, Михаил. Спасибо, что пришли к нам в программу.

Михаил Лебедев: Да, очень приятно.

Голос за кадром: Михаил Лебедев. Родился в 1963 году в Москве. В 1986 году окончил Московский физико-технический институт. С 1986 по 1991 годы – научный сотрудник Института проблем передачи информации имени Харкевича. В 1995 году окончил аспирантуру Университета Теннесси. Защитил диссертацию, посвященную исследованию активности мозга обезьяны. С 1995 по 2002 годы проводил научные исследования в Триесте и в… С 2002 года старший научный сотрудник Университета Дюка. Редактор нескольких научных журналов по нейрофизиологии и нейроинженерии. В 2017 году выиграл мегагрант правительства Российской Федерации, что позволило открыть Центр биоэлектрических интерфейсов в Высшей школе экономики.

Ольга Орлова: Михаил, уже несколько десятилетий ученые пытаются совместить мозг и компьютер. И, как правило, объясняя свои задачи, ссылаются на проблемы людей с разными нарушениями функций мозга. Почему это нужно больным, мы понимаем. А зачем это нужно здоровым? И нужно ли вообще это людям, у которых нет никаких нарушений?

Михаил Лебедев: Идея нейроинтерфейсов не новая. Еще в 1950-е годы она развивалась, но чуть-чуть под другим названием. Она развивалась под названием «биологическая обратная связь». То есть идея состояла в том, что мы имеем какие-то ощущения, имеем представления о функциях своего тела. Но не все. И если поместить в тело человека датчик, то мы можем получить дополнительную информацию о себе, которую мы можем потом регулировать. И если датчик помещается в мозг, то это уже нейрообратная связь. Если вдуматься, то нейрообратная связь – это примерно то же самое, что мы называем сейчас нейрокомпьютерным интерфейсом. То есть идет запись из мозга, затем человек рассматривает некий сигнал, который отражает функцию мозга. Например, кружочек на экране. Человек пытается увеличить размер этого кружочка. Что же такое нейроинтерфейс? Нейроинтерфейс – это превращение этого кружочка в нечто более полезное для нас. То есть уже, допустим, парализованный человек управляет механическим протезом руки. В этом случае это уже называется нейроинтерфейс или нейропротез.

Понадобится ли это когда-то нормальным людям? Наверняка понадобится. Потому что люди, как ни странно, обладают довольно высокоразвитым мозгом, хотят еще расширить его функции.

Ольга Орлова: То есть это понадобится для того, чтобы наши когнитивные возможности расширить до… Знаете, очень хочется узнать на самом деле о целях и задачах. То есть что вы, ученые, надеетесь с помощью таких исследований какие возможности расширить и что получить? То есть когда мы восстанавливаем те функции, которые у нас утрачены в силу болезни, это понятно, что мы хотим сделать. А что мы хотим получить сверх того, экстра?

Михаил Лебедев: Ученые и запросы на улучшение функций мозга – это категории пересекающиеся, но не совпадающие. Ученые разрабатывают методики и дают какие-то инструменты публике. А уже публика является заказчиком.

Ольга Орлова: К вам когда-нибудь обращались люди, которые говорили: «Можете подкрутить?»

Михаил Лебедев: Как ни странно, желающих получить чип в мозге много. Не то, чтобы я каждый день получаю письма от желающих, но я видел такие письма.

Ольга Орлова: О чем люди просят? Что они хотят?

Михаил Лебедев: Просто им интересно получить чип в мозге.

Ольга Орлова: Чтобы что?

Михаил Лебедев: Это уже зависит от уровня нормальности. Но вообще такие запросы есть. Я даже могу сделать такое предсказание, что если получится безопасным способом имплантировать примерно такой же чип, как мы имплантируем обезьянам, и это будет безопасно, что в мозге закрыто, не видно, просто для того, чтобы похвастаться своими нейронами, будет интересно. Представьте, вы имеете запись своих нейронов, можете вывести их на телефон.

Ольга Орлова: Хороший способ знакомиться с девушками.

Михаил Лебедев: Например.

Ольга Орлова: «Ты можешь посмотреть, какие у меня отличные нейроны».

Михаил Лебедев: Да.

Ольга Орлова: А давайте тогда в таком случае сразу же перейдем к вашим опытам с обезьянами. Что вы делаете в этих экспериментах? Что вы пытаетесь показать, чего достичь?

Михаил Лебедев: Почему именно обезьяна, а не крыса? Мозг обезьяны наиболее близок к мозгу человека. Если я вам покажу картинку мозга обезьяны и мозга человека – примерно одно и то же.

Ольга Орлова: А вы сами отличите именно картинку мозга обезьяны и человека?

Михаил Лебедев: Да, конечно. И вы отличите. Потому что у обезьяны довольно стандартный мозг, в отличие от человека. Как правило, одна обезьяна и вторая – там будут извилины совершенно одинаковым образом расположены.

Ольга Орлова: А у людей?

Михаил Лебедев: У людей большая вариативность. И, кстати, нужно иметь определенную долю воображения, чтобы сообразить, где, например, у человека центральная извилина. Она в реальности не совсем так выглядит, как на картинках в учебниках рисуют. По поводу экспериментов на обезьянах. Они ведутся уже довольно давно – с середины прошлого века. И никаких особых проблем этических не возникает.

Во-первых, само введение электрода в мозг. Мозг интересен тем, что в нем нет вообще никаких сенсорных рецепторов – ни болевых, никаких.

Ольга Орлова: То есть обезьянам не больно?

Михаил Лебедев: Если вводится электрод, то вообще…

Ольга Орлова: И человек тоже…

Михаил Лебедев: И человек тоже ничего не почувствует, если ему вводится электрод в мозг. Есть некоторые моменты с установкой такой шапочки на голову обезьяны. В случае человека, даже если у него торчит какая-то шапочка из головы, может быть, как-то это нехорошо. В случае обезьян у них нет таких социальных норм. Напротив, если мы видим, что какая-то обезьяна получает такую шапочку, ее статус в популяции повышается. То есть все завидуют. Она отличается от других.

Ольга Орлова: Что вы говорите?

Михаил Лебедев: То есть каких-то страданий или дискомфорта обезьяна совершенно не испытывает.

Ольга Орлова: Давайте мы посмотрим уже фрагмент, где как раз показан один из экспериментов.

Михаил Лебедев: Да, это эксперимент из лаборатории Энди Шварца. То есть это не наша лаборатория. Здесь обезьяне они имплантировали около сотни электродов в моторную кору. И они записывают нейроны с помощью этого имплантата. И с помощью декодера декодируют активность нейронов и направляют активность к вот этой механической руке, которая обезьяну и кормит. Если вы видите, кусочки пищи размещаются в разных положениях в пространстве.

Ольга Орлова: Всеми движениями этой руки управляет сама обезьяна?

Михаил Лебедев: Да.

Ольга Орлова: Из ее мозга считывается сигнал к этой механической руке?

Михаил Лебедев: Да. Здесь вы видите, что обезьяна сначала направляет руку к кусочкам пищи, потом сжимает два пальчика. Сигнал берется из мозга обезьяны.

Ольга Орлова: А как она понимает, что ей нужно это делать и кто ей ставит задачу?

Михаил Лебедев: Обезьяна понимает, что она хочет перекусить, поэтому она делает. Если обезьяна утолит свой голод или не будет интересоваться конкретно этой пищей, она просто не будет и все остановится.

Ольга Орлова: То есть она сама себе ставит задачу.

Михаил Лебедев: Она сама хочет.

Ольга Орлова: А вот эта рука у нее зафиксирована? Та лапа.

Михаил Лебедев: Это просто зафиксировали, чтобы она не хватала настоящей рукой, а пользовалась рукой-роботом.

Ольга Орлова: Скажите, пожалуйста, Михаил, а как далеко от этого эксперимента с обезьяной до практического применения с людьми.

Михаил Лебедев: Точно такие же эксперименты уже были сделаны на людях, причем, имплантировали парализованным людям точно такой же имплантат. И практически то же самое было сделано на людях, но с той лишь разницей, что этот человек пил кофе, хватал бутылочку с кофе, подносил ко рту и пил.

Ольга Орлова: То есть в научном смысле получается, что задача решена. Для того, чтобы это стало теперь массовым, чтобы это могло применяться.

Михаил Лебедев: Не совсем. Если вы обратили внимание, все происходит в лаборатории, в очень фиксированных лабораторных условиях. Мы еще не достигли того уровня, когда человек сможет оперировать, допустим, такой рукой в метро. Или менять обстановку…

Ольга Орлова: А какие ограничения сейчас существуют? Что необходимо сейчас в лабораторных условиях, что нельзя перенести домой или в транспорт?

Михаил Лебедев: Здесь много проблем. Во-первых, когда имплантируют электроды, из головы должны торчать провода, грубо говоря, или какие-то разъемы. Обезьяны гораздо более стойкие к инфекциям. С ними нет проблем. А вот люди менее стойки к инфекциям. Поэтому те эксперименты, которые проводились на людях, они требовали строгой стерильности. И все равно подключать к голове человека внешние провода – это довольно рискованная операция. То есть нужно сделать такой интерфейс, который будет полностью закрыт, и общаться с внешними устройствами беспроводным способом. Это уже почти сделано. Даже в случае некоторых видов сигналов уже сделано. Но здесь еще есть такие проблемы, как запитывать это устройство.

Вторая проблема – качество сигнала. Когда помещают этот сигнал мозг, через некоторое время мозг старается защититься от этого чуждого предмета, который в него вставили, и электроды обрастают соединительной тканью, качество сигнала уменьшается. Об этом тоже нужно подумать.

Ольга Орлова: Скажите, пожалуйста, а те эксперименты с обезьянами, которые проводились в ваших лабораториях, там какие вы задачи решали, что вы пытались делать?

Михаил Лебедев: Мы были пионерами практически каждого из этих экспериментов. То есть первый эксперимент, где обезьяна двигала механической рукой, был сделан в нашей лаборатории. Затем, где рука двигалась, схватывала, был сделан в нашей лаборатории.

Эксперимент, где сенсорная обратная связь отправлялась в мозг, тоже у нас. Затем мы перешли от нейропротезов руки к нейропротезам ноги. И у нас обезьяна ходила по беговой дорожки. Мы декодировали из мозга движения ног.

Здесь это совсем недавний эксперимент из лаборатории Марка Шибера. И здесь обезьяна была имплантирована электродами. Как видите, перед ней несколько рычагов, которые имеют разные рукоятки – шарик, рукоятка в виде цилиндра, кнопка, куда нужно жать, и так далее. И обезьяне посылают электрическую стимуляцию определенного вида в премоторную кору. И обезьяна мгновенно реагирует на эту стимуляцию и понимает, за какой из рычагов ей нужно схватить.

Ольга Орлова: То есть это ей посылается сигнал, и она выполняет то, что ее просят сделать.

Михаил Лебедев: Угу. Причем, очень интересно. Исходно мы не имеем такое ощущение цилиндра или ощущение шара. В данном случае обезьяну стимулируют, и она просто чувствует, испытывает ощущение шара, и хватает за шар.

Ольга Орлова: Скажите, а какие следующие научные задачи нужно решить с помощью экспериментов с обезьянами или с людьми? Какие важные фундаментальные проблемы для вас пока не решены, связанные с этой проблемой мозг-компьютер?

Михаил Лебедев: Теперь нужно продвигаться уже по двум направлениям. Продолжать использовать животных, а также проводить эксперименты с участием людей. Чем мы сейчас и занимаемся в высшей школе экономики с моим партнером Алексеем Осадчим.

Ольга Орлова: У вас там открылся новый центр.

Михаил Лебедев: Да, центр биоэлектрических интерфейсов. И мы начали работу с людьми. Это люди, страдающие от эпилепсии, которым по медицинским показаниям имплантируют такие сетки, которые накладываются непосредственно на мозг. Почему сетки? Потому что, если записывать сигнал в виде электроэнцефалографии с поверхности черепа, то сигнал недостаточно хорош. Если вставлять электроды непосредственно в мозг человека, то сигнал может оказаться хорош, но риск все равно довольно-таки сильный.

Компромиссный вариант – это минимальные инвазивные интерфейсы, которые основываются на сеточных электродах. Тем более, что пациентам с эпилепсией их все равно ставят для того, чтобы определить местоположение эпилептического очага.

Теперь мы просим этих больных поучаствовать в наших экспериментах. Они с большим интересом соглашаются. Кстати, это полезно и нам в связи с нашими научными задачами, и также пациентам, поскольку мы можем потом проанализировать их сигналы мозга и также посмотреть специфические проблемы, связанные с эпилепсией. Наша цель – сделать практичные интерфейсы, основанные на сетках, где различные команды могут извлекаться из активности мозга, а также мы можем посылать сенсорные команды непосредственно в мозг такого человека.

Ольга Орлова: А почему это именно люди с эпилепсией?

Михаил Лебедев: Мы идем по пути наиболее разумному. Поскольку у этих людей уже есть такие сетки, то они помогут нам развить такие интерфейсы. Когда мы достигнем определенного уровня развития и понимания этих интерфейсов, то мы сможем уже помогать парализованным пациентам.

Ольга Орлова: Но парализованные – это те, у кого нарушены двигательные, опорно-двигательные функции. А если речь идет о серьезных таких когнитивных нарушениях, например, Альцгеймер. Потому что ведь одно дело – движение, а другое дело – утрата памяти.

Михаил Лебедев: В этом направлении уже есть движение и уже есть публикации по так называемой нейропротезной памяти. И он концентрируется на электродах, которые имплантируются в гиппокамп. То есть если стимулировать гиппокамп, который завязан на механизмах памяти, то некоторые формы памяти улучшаются. И, опять-таки, такие эксперименты уже проводились буквально год назад. И, опять-таки, на пациентах с эпилепсией. И было показано, что, действительно, можно улучшать память.

Но здесь еще немного проблема в том, что мы до конца не понимаем, что же такое память.

Ольга Орлова: Непонятно, что улучшать.

Михаил Лебедев: Что улучшать и как улучшать. Но уже сейчас вы можете практически пойти в магазин и купить стимулятор мозга, который с поверхности головы вам будет стимулировать и улучшать память. То есть если вы хотите подготовиться к экзамену, вы можете поставить такой стимулятор. И вроде бы так будет лучше, чем если вы будете просто прилежно учиться.

Ольга Орлова: Как вы себе представляете идеальный интерфейс в будущем? Каким он должен быть? Вы говорили о тех технических проблемах, которые существуют – что человек подвержен инфекции, торчат провода, нужно решать вопрос, откуда брать питание для этого устройства. И кажется, что это же все как-то инженеры вам помогут, они все это сделают обязательно. Мы же знаем по своему опыту, что все эти задачи решаемы. Вот когда все решится, каким будет этот идеальный интерфейс?

Михаил Лебедев: Во-первых, когда он будет?

Ольга Орлова: Вы даже знаете ответ на этот вопрос?

Михаил Лебедев: Я вам скажу, что должно произойти, чтобы произошел некий прорыв в нейроинтерфейсах. Должно произойти такое, что некие функции этот интерфейс будет выполнять лучше, чем мы в норме это делаем. А это на самом деле очень сложно, потому что мы продукты многомиллионной эволюции, и у нас все оптимизировано. Наши мышцы оптимизированы, наши органы чувств оптимизированы. То есть сделать лучше, чем мы уже умеем, довольно-таки сложно. Но в некоторых случаях я уже могу сказать, что мы можем что-то улучшить. Например, если вам нужно очень быстро нажать кнопку, то, поместив, допустим, датчик на мышцу и записывая активность мышцы, вы сможете нажать быстрее, поскольку даже мышцы наши медленнее, чем современные устройства. Это, может быть, единственный пример. А вообще, как только будет первый протез, который действительно приблизится к нормальным функциям, это будет прорыв.

Что мы увидим в будущем? На самом деле технологии развиваются довольно быстро. И любые смелые фантазии могут померкнуть перед будущей картиной. Мы можем получать дополнительные нейронные сети непосредственно в мозг. Тут проблема в том, что мы не вполне понимаем, как работает мозг. Но уже технологии достигли такого уровня, что можно конструировать искусственные нейроны. И вы можете, допустим, улучшить…

Ольга Орлова: Вы сейчас говорите о том, что достраивать мозг фактически?

Михаил Лебедев: Достраивать мозг.

Ольга Орлова: То есть добрать каких-то нейронов, которых тебе не хватает, или даже целый кусок сети достроить?

Михаил Лебедев: Примерно так, да. Допустим, у человека инсульт. Он потерял определенную область мозга. И, допустим, потерял способность говорить, например. Вставляем ему… Мы знаем входы и выходы потерянной области. Вставляем ему электронный кусок мозга. И он восстанавливает речь таким образом.

Ольга Орлова: Если говорить о людях, с которыми ничего не произошло, им зачем нужны будут нейроинтерфейсы? Будут ли они ими пользоваться, и если будут пользоваться, то как, что произойдет?

Михаил Лебедев: Давайте некое реалистичное предсказание. Есть интерфейсы сенсорные. Есть интерфейсы, которые считывают мысли. Я думаю, что сенсорные интерфейсы будут развиваться гораздо быстрее, чем те, что считывают мысли. Поэтому мы увидим значительные достижения в области интерфейсов для зрения. Слепые обретут…

Ольга Орлова: То есть слепые смогут видеть?

Михаил Лебедев: Смогут видеть.

Ольга Орлова: Сейчас те, кто лишен слуха, могут слышать. Это первые такие удачные протезы, которые возвращают слух.

Михаил Лебедев: Да.

Ольга Орлова: Это первый шаг, да?

Михаил Лебедев: Да. Причем, действительно, самый удачный нейропротез – это слуховой имплантат. Но здесь какая особенность? Он хорошо работает, когда он стимулирует то, что осталось от слухового нерва. Поэтому это все-таки стимуляция довольно-таки далеко от мозга. Если этот нерв уничтожен, то нужно пробовать стимулировать слуховые ядра, расположенные в стволе мозга. И уже тут сталкиваются со сложностями, потому что это, допустим, как вставить гвоздь в компьютер и с помощью этого гвоздя пытаться посылать туда информацию. То есть мы помещаем наш электрод в некий раздел, который уже выполняет довольно сложные вычисления, и пытаемся что-то от себя добавить. А если пойти в слуховую кору, то еще сложнее.

Но, тем не менее, эти сенсорные интерфейсы будут развиваться быстрее, потому что мозг обладает пластичностью. И даже какой-то грубый сигнал, который мы ему посылаем, он научится интерпретировать. Со считыванием информации из мозга гораздо сложнее, потому что мы не знаем, как мозг кодирует информацию.

Ольга Орлова: Все-таки, по вашим, может быть, грубым прогнозам, сколько пройдет времени, пока на улицах не появятся люди, которые обмениваются мыслями на расстоянии и так общаются без всяких устройств?

Михаил Лебедев: Некий обмен мыслей на расстоянии с помощью грубых устройств мы увидим, может быть, и через 5 лет, а некая реальная – допустим, добавим еще 10 лет.

Ольга Орлова: То есть через 15 лет социальные сети могут умереть, смартфоны практически тоже, потому что мы сможем носить эти устройства в голове?

Михаил Лебедев: Не совсем так. Я думаю, они будут дополнять друг друга.

Ольга Орлова: То есть нейронные сети нам заменят социальные?

Михаил Лебедев: Что-то новое мы получим из общения напрямую из мозга в мозг.

Ольга Орлова: Большое спасибо. У нас в программе был научный сотрудник Центра нейроинженерии Университета Дюка и научный руководитель Центра биоэлектрических интерфейсов Высшей школы экономики Михаил Лебедев.


Подписаться на ОТР в Яндекс Дзене

Какие возможности открывает перед человечеством совмещение мозга и компьютера?

Комментарии

  • Все выпуски
  • Яркие фрагменты