Компания Илона Маска Neuralink через полгода планирует начать вживлять людям нейрочипы, которые дадут возможность печатать на компьютере и телефоне силой мысли. Устройства разрабатываются для того, чтобы позволить людям с ограниченными возможностями управлять гаджетами без использования рук. Рассказываем, как подобные технологии развиваются в России и что они могут уже сейчас.
Нейроинтерфейс – это название технологии, которая позволяет улавливать сигналы головного мозга и преобразовывать их в сигнал, понятный компьютеру. Таким образом можно силой мысли управлять любым электронным устройством, включая гаджеты и киберпротезы.
«Технологии, позволяющие установить контакт между мозгом и машиной (Brain-Computer Interface) активно развиваются в России, – говорит научный сотрудник Института физиологии им. И.П. Павлова (СПб) и Neuroiconica Евгений Шелепин. – Инвазивная технология, используемая Neuralink, не нова – похожие исследования проводятся в России на приматах. Основное ее отличие – упрощение операции по вживлению электродов, повышение чувствительности системы и ее автономность. Необходимость операции (инвазивность) нужна для повышения скорости работы. Мы видим, как обезьяна у Маска научилась быстро управлять курсором. В случае использования неинвазивных ЭЭГ-систем скорость работы замедляется в разы».
По словам эксперта, область применения такой системы – использование ее парализованными людьми, например с БАС-синдромом (как Стивен Хокинг). Есть ли возможность получить аналогичную инвазивной системе скорость в неинвазивном варианте (то есть без вживления электродов в мозг)? «Да, для этого используется технология айтрекинга, позволяющая определять направления взгляда человека, – рассказывает Евгений Шелепин. – Большинство пациентов с подобными состояниями сохраняют возможность управлять движениями глаз. Мы разработали такую систему – EyeCommunicator. С ее помощью человек заменяет взглядом мышь, управляя компьютером. Благодаря специальному интерфейсу, виртуальной клавиатуре, можно выходить в интернет, работать в обычных программах, общаться с друзьями. Функция генерации речи позволяет озвучивать текст. Скорость набора слова составляет 5-10 секунд».
По словам специалистов, исследованиями в области нейроинтерфейса занимается множество научно-исследовательских групп. В том числе в МГУ им. Ломоносова, ВШЭ, Южном федеральном университете. А также этим занимаются компания Innovative Brain Solutions (iBrain), компания Neurobotics, Научный центр когнитивных исследований Университета «Сириус» и Институт физиологии им. И.П. Павлова. Кроме того, есть компании, занимающиеся разработкой соответствующих интерфейсов (например, «Мицар» – производитель ЭЭГ). Есть специализированный отраслевой союз «Нейронет», объединяющий профессионалов в этой области.
«Эта тема очень актуальна в целях совершенствования предоставления медицинских услуг, – говорит управляющий партнер компании GetMiner Эрнест Раевский. – Российские разработчики понимают необходимость работы с нейроинтерфейсом, ведь это решает фундаментальные задачи, связанные с ограниченными возможностями людей».
«Представьте, парализованный человек силой мысли сможет управлять своим экзоскелетом и начать ходить, а глухонемой человек сможет изъясняться с другими людьми, озвучивания свои мысли, – говорит руководитель направления аналитики данных Центра искусственного интеллекта Сбера Владимир Васильев. – Основной проблемой здесь является не столько создание самого нейроинтерфейса, сколько возможность чистой передачи импульсов головного мозга без «помех» и «шумов», которые неизбежно возникают при передаче через каналы нейроинтерфейса.
От того, с каким успехом вы решите проблему сохранения и передачи импульсов головного мозга, зависит эффективность использования всей технологии в целом. Если удастся обеспечить стабильную передачу данных, вы сможете обучить алгоритмы искусственного интеллекта (ИИ) на их основе помогать взаимодействовать с внешним миром человеку, который раньше по каким-то причинам не мог этого делать».
По словам Владимира Васильева, процесс создания работающего прототипа нейроинтерфейса может выглядеть так:
1. Мы просим разных людей выполнять определенные действия или думать на определенные темы.
2. Фиксируем импульсы, которые в этот момент передает головной мозг людей. Здесь необходимо решить критически важную задачу предобработки данных во избежание их искажения.
3. Алгоритм ИИ обучается на основе этих данных, учитывая все особенности импульсов головного мозга.
4. Обучившись, алгоритм сможет понимать, что определенным импульсам соответствует определенная команда или слово.
5. В дальнейшем при правильной классификации импульсов алгоритм ИИ сможет запустить выполнение определенной команды или ретранслировать импульс в формате текста или человеческой речи.
Подобные технологии применимы не только для центральной, но в отношении периферической нервной системы. Передача ощущений через инвазивную электростимуляцию – одно из направлений, которое поможет людям, лишившимся конечностей. «Мы разрабатываем то, что можно буквально назвать нейроинтерфейсом – систему передачи ощущений через электроды, пока только для протезов», – рассказывает Юрий Матвиенко, руководитель проекта инвазивных исследований компании «Моторика».
Основной недостаток современных протезов – это отсутствие обратной связи. Например, если вы не сможете найти ключи в сумке наощупь или нужно аккуратно взять хрупкий предмет. Протезы сложно полностью воспринимать как часть себя, они не дают того психологического комфорта, потому что ощущаются как сплав пластика, металла и силикона, в них нет отдачи.
«Изначально мы хотели избавить пользователей протезов от фантомных болей (боль ампутированной конечности) с помощью имплантирования электродов в часть руки с подачей низких электрических импульсов. Поскольку электростимуляция периферической нервной системы может воспроизводить большую часть тактильных ощущений, мы подумали: почему бы не попробовать создать интерфейс, который смог бы сделать искусственные пальцы «чувствующими»? – говорит Юрий Матвиенко.
Мы установили специальные датчики на пальцы протеза, которые определяли давление пальцев на предмет, а пропорционально силе давления в нервы подавался ток, который воспроизводил ощущение. Благодаря чему наши «пилоты-испытатели» в слепом тесте смогли распознать твердый предмет или мягкий, а также определять его размер».
В будущем специалисты компании планируют научить человека через протез различать – горячий объект или холодный, а дальше – вплоть до всех привычных нам тактильных ощущений. Также идут исследования по возможностям «очувствления» протезов ног.
По словам Юрия Матвиенко, у технологии большой потенциал: в будущем можно устанавливать электроды малоинвазивным доступом, исключая операции и наркоз без медицинских показаний. Тут сфера применения расширяется до бесконечности: можно будет передавать ощущения в видеоиграх или кино или решать рабочие задачи там, где требуется тактильность. Добавьте сюда интеграцию с интернетом – и можно будет сделать zoom, с помощью которого вы можете ощущать дистанционно – все как в кино «Матрица», не правда ли?
По словам Эрнеста Раевского, масштабы использования нейроинтерфейсов впечатляют. Фактически они могут применяться в любой области, где задействованы центральная и периферическая нервные системы. «В медицине эта технология облегчает восстановление зрения и слуха у больных, ускоряет реабилитацию пациентов, потерявших конечности, восстанавливает двигательные функции, а также помогает при лечении некоторых психоневрологических заболеваний», – говорит эксперт. Подобные технологии активно применяются в науке, а могут быть использованы и для развлечений.
«Также получает развитие тематика тренингов с биологически обратной связью, позволяющей учиться контролировать свое состояние, фиксируя изменения в ЭЭГ-активности мозга, – говорит Евгений Шелепин. – Технология применяется в медитациях, отдыхе. Или наоборот – для погружения в более продуктивные состояния для работы или учебы (так называемое состояние потока)».
По мнению декана факультета Цифровая экономика и массовые коммуникации МТУСИ Сергея Гатауллина, технологиям человеко-машинного взаимодействия предстоит пройти такой же путь, как технологиям семантического анализа, больших данных и искусственного интеллекта, компьютерного зрения. И занять прочное место практически во всех сферах жизни последующих поколений. Для этого необходимо будет перейти от количественной оценки электрических сигналов активности головного мозга к достоверной расшифровке всех типов ритмов головного мозга. «С высокой вероятностью нейроинтерфейсы будущего будут представлять из себя некоторый набор биометрии, по аналогии с полиграфом, позволяющий достоверно трактовать мысли человека, – говорит эксперт. – Применение будет самым широким, от решения медицинских задач до повседневного использования в бытовых целях, будь то управление транспортным средством или оплата счета».
Безусловно, в нейроинтерфейсах будущего будут применяться преимущественно неинвазивные технологии, однако одним из этапов развития технологий могут стать инвазивные инструменты, по аналогии с переходом от проводной связи к беспроводной, считает Сергей Гатауллин.
Как у любой другой инновации и технологии, есть оборотная сторона медали, связанная с рисками и проблемами.
«На мой взгляд, главная сложность с использованием нейроинтерфейса – возможность причинить вред здоровью пациента в результате вживления устройств, – говорит Эрнест Раевский. – Другая проблема связана с питанием устройств. Пока что непонятно – то ли будет использована энергия нашего организма, то ли ресурсы извне».
И конечно, важны вопросы безопасности: в будущем взлом данных с таких устройств может стать серьезной проблемой. Управление массовым поведением людей станет новой реальностью. На первый план интересов не только граждан и бизнеса, но и государств выйдут вопросы обеспечения кибербезопасности.