Проект Brain-net
Создание Брейн-нета и Мозго-машинный интерфейс
Мозго-машинный интерфейс. ММИ уже проник на молодежный рынок в форме видеоигр и игрушек, в которых можно при помощи ЭЭГ-датчиков управлять различными объектами как в виртуальном мире, так и в реальности. Первую такую игрушку – Mindflex; в ней при помощи ЭЭГ-датчиков нужно крутить вентилятор и двигать шарик над игровым полем. Чем сильнее вы сконцентрируетесь на задаче (разумеется, надев на голову ЭЭГ гарнитуру), тем быстрее будут вращаться лопасти вентилятора и тем выше поднимется шарик.
Разработчики мобильных приложений уже сейчас погут погрузиться в процесс создания игр основанных на ЭЭГ гарнитурах. Скачать инструменты для разработки мобильных приложений с использованием гарнитуры ЭЭГ можно тут.
Активно развиваются также видеоигры с мысленным управлением. В связке с NeuroSky работают 1700 разработчиков программного обеспечения и мобильных приложений, причем многие из них – над усовершенствованием гарнитуры Mindwave Mobile, обошедшейся в $129 млн. В видеоиграх используется небольшой портативный ЭЭГ-датчик, который крепится на лоб и позволяет мысленно управлять действиями своего персонажа в виртуальной реальности. Двигая свой аватар по экрану, вы можете стрелять из оружия, убегать от врагов, проходить уровни, набирать очки и т. д., как в обычной видеоигре; единственная разница в том, что все это делается без рук, одной только силой мысли.
Помимо стрельбы из виртуального оружия шлем ЭЭГ способен определить момент, когда ваше внимание начинает ослабевать. Данная технология может спасти немало жизней, вовремя предупредив рабочего или водителя о том, что его внимание рассеивается. В этом случае ЭЭГ-шлем включит тревожный сигнал. На голове человека датчик ЭЭГ выглядит как забавные кошачьи ушки; если вы внимательны, уши стоят торчком или резко поднимаются, если вас что-то заинтересовало; когда внимание ослабевает, уши опускаются.
Мозго-машинный интерфейс можно наладить даже между разными материками. К голове прикрепляется специальный чип, подключенный к Интернету. На другой стороне планеты, в Киото (Япония), сигналы мозга человека используются для управления роботом, который умеет ходить. Гуляя по «бегущей дорожке» в России, человек управляет роботом в Японии, и тот ходит, т. е. выполняет те же самые движения. Главное разрешить одну из главных проблем, связанных с мозго-машинным интерфейсом, – отсутствие чувственной информации. Сегодняшние протезы не дают тактильных ощущений и потому всегда ощущаются как нечто постороннее; из-за отсутствия обратной связи можно при рукопожатии ненароком раздавить кому-нибудь пальцы. Взять искусственной рукой яйцо, не раздавив скорлупу, практически невозможно.
Есть идея обойти это препятствие при помощи прямого интерфейса «мозг – мозг». Сообщения должны пересылаться от мозга к механической руке, снабженной датчиками, которые, в свою очередь, посылают информацию обратно, прямо в мозг, минуя мозговой ствол. При помощи такого интерфейса можно создать механизм четкой и прямой обратной связи, эквивалентный тактильным ощущениям.
Для этого необходимо подсоединить двигательную кору человека к механической руке. Эта рука должна быть снабжена датчиками, которые посылают сигналы обратно в мозг через электроды подсоединенные к соматосенсорной коре (именно в ней регистрируются тактильные ощущения). Чтобы добиться обратной связи, нужно изобрести новый код, который представлял бы разные в тактильном отношении поверхности (шершавые или гладкие). После этого – эта часть мозга освоит новый код и начнет ассоциировать искусственный код, созданный программистом, с различными текстурами. Так что программисты в состоянии создать сенсорный канал, который будет симулировать тактильные ощущения.
Для реализации прогулок по виртуальному миру испытывая при этом все ощущения, как если бы этот мир был реален: наткнувшись на виртуальный предмет, испытать боль, как от реального удара, нужно дать развитие так называемой «гаптической технологии» для имитации тактильных ощущений использующей цифровые методы. Скорей всего придется сочетать две технологий. Во-первых, контактные интернет-линзы, благодаря чему будет виден новый виртуальный мир всюду. Вид в линзах будет меняться в мгновение ока одним нажатием кнопки. А если дотронуться до чего-нибудь в том мире, то сигналы, отправленные в мозг, будут имитировать тактильные ощущения при помощи интерфейса «мозг – машина – мозг». Таким образом, объекты виртуального мира, которые видны в контактных линзах, на ощупь станут достоверно материальными.
Благодаря такому интерфейсу можно реализовать не только гаптическую технологию, но и создать интернет-разум или брейн-нет (мозговую сеть) с прямым контактом мозг – мозг.
Прямая связь «мозг – мозг» между людьми, это когда один человеческий мозг пересылает по Интернету сообщение другому человеческому мозгу. Можно подвигать, например рукой, другого человека через Брейн-нет. Один из них должен быть в ЭЭГ-шлеме, другой в транскраниальном магнитном шлеме. Сигнал от ЭЭГ-шлема пересылался по Интернету другому, сидевшему в это время в транскраниальном магнитном шлеме, который должен быть размещен точно над той частью мозга, которая управляет движением правой руки. При получении сигнала шлем пошлет в мозг магнитный импульс, который вызовет непроизвольное движение правой руки. Рука будет двигаться сама по себе, без команды владельца. Таким образом, один человеческий мозг дистанционно может подать команды другому и контролировать движение тела.
Так же можно обмениваться через Интернет невербальными сообщениями. По связи «мозг – мозг» передавать не только мышечные реакции, но и чувства и эмоции.
Настал день когда люди по всему миру могут беседовать в социальных сетях без помощи клавиатуры или мышки, а напрямую силой мысли. При помощи брейн-нета можно телепатически в реальном времени обмениваться мыслями, эмоциями и идеями. Брейн-нет позволил достичь абсолютной коммуникации; с его помощью можно поделиться с собеседником всей совокупностью ментальной информации, включая эмоции, нюансы и сомнения. Появилась возможность делиться друг с другом самыми интимными, самыми личными мыслями и чувствами.
Разработка брейн-нета оказала влияние на многомиллиардную индустрию развлечений. Индустрии развлечений совершила один переход – на этот раз к записи информации для всех пяти чувств, включая обоняние, вкус и прикосновение, а также полного спектра эмоций. Телепатические зонды могут справиться с полным набором чувственных ощущений и эмоций, которые циркулируют в мозгу, и создают ощущение полного погружения в сюжет.
Подобное погружение, естественно, потребовала кардинальных изменений технологии киносъемки. Во-первых, актерам пришлось учиться играть свои роли с подключенными ЭЭГ– или МРТ-датчиками и нанозондами, записывающими их ощущения и эмоции. (Надо сказать, это наложило на актеров дополнительную нагрузку, ведь им приходится в каждой сцене отыгрывать все пять чувств. Процесс редактирования изменился: теперь нужно совмещать в пределах одной сцены записи разных эмоций и ощущений. Аудитория: зрители в зале получают все эти сигналы непосредственно в мозг. Вместо трехмерных очков зрители надевают перед сеансом датчики.
Создание Брейн-нета, способного передавать такую информацию, осуществляться поэтапно. Первым шагом стало создание нанозондов и подключение их к важным областям мозга, такие как левая височная доля, отвечающая за речь, и затылочная доля, отвечающая за зрение. Затем компьютеры, проанализировав сигналы с этих датчиков, будут их расшифровывать. Эту информацию, в свою очередь, можно будет пересылать куда угодно по оптоволокну.
Сложнее ввести эти сигналы в мозг другого человека, где их смогут обработать приемные устройства. Все успехи в этой области сосредоточены в гиппокампе, но в будущем, надо научится подавать сообщения и в другие части мозга, отвечающие за слух, зрение, тактильные ощущения и т. п.
"Брейн-нет изменит путь развития цивилизации. Сегодня Интернет сделал возможным появление всепланетной цивилизации, которая свяжет воедино народы всего мира. Следующим гигантским шагом может стать планетарная сеть – брейн-нет, – в которой можно будет на глобальном уровне обмениваться полным спектром чувств, эмоций, воспоминаний и мыслей".
Способы фиксации сигнала с мозга
Электроэнцефалограмма
Инструмент проникновения в мозг – электроэнцефалограмма (ЭЭГ).
При электроэнцефалографическом исследовании пациенту на голову надевают шлем футуристического вида с десятками электродов на внутренней поверхности. (В более продвинутых аппаратах на голову поверх волос надевают сеточку с закрепленными на ней крохотными электродами.) Электроды регистрируют циркулирующие внутри мозга крохотные электрические сигналы.
Электроэнцефалограмма в некоторых вопросах принципиально отличается от МРТ-изображения. МРТ-аппарат, «выстреливает» в мозг радиоимпульсами, а затем анализирует полученное «эхо». Таким образом, можно, меняя частоту импульсов, выбирать для исследования разные атомы, что делает методику универсальной и гибкой.
ЭЭГ-аппарат совершенно пассивен, т. е. он исследует слабые электромагнитные сигналы, которые излучает сам мозг. ЭЭГ прекрасно регистрирует электромагнитные сигналы, заполняющие мозг; это позволяет измерять общую активность мозга во время сна, в состоянии сосредоточенности или расслабленности, при обдумывании каких-то идей и т. д.
Различные состояния сознания излучают на разных частотах.
Глубокий сон соответствует дельта-ритму – колебаниям с частотой 1–4 Гц.
Состояние активной мыслительной деятельности, при решении задач, соответствует бета-ритму – колебаниям с частотой 12–30 Гц. Эти колебания позволяют разным областям мозга, даже расположенным на противоположных его концах, делиться информацией и «общаться» друг с другом.
И если аппарат МРТ, измеряющий кровоток, может проводить сканирование лишь несколько раз в секунду, то ЭЭГ регистрирует электрическую активность мгновенно.
Самым серьезным преимуществом процедуры ЭЭГ является ее простота и дешевизна. Даже школьники дома могут экспериментировать с шапочками ЭЭГ.
Главный же недостаток ЭЭГ, многие годы сдерживавший развитие метода, – его низкое пространственное разрешение. Датчики ЭЭГ улавливают электрические сигналы после их рассеяния при прохождении сквозь череп, поэтому зарегистрировать необычную активность, если ее источник располагается глубоко в мозгу, чрезвычайно трудно.
Глядя на размытое ЭЭГ-изображение, почти невозможно сказать наверняка, в какой области мозга находится источник того или иного сигнала. Более того, любые движения испытуемого (если он, например, шевельнет пальцем) могут исказить сигнал, а иногда и сделать его совершенно бесполезным.
fMRT
МРТ помогает расшифровать процессы, происходящие в действующем мозге.
Радиоволны – один из видов электромагнитного излучения – способны проходить сквозь живую ткань, не причиняя ей вреда.
Аппараты МРТ, используя это свойство радиоволн, исследуют нашу черепную коробку. Технология магнитно-резонансного сканирования позволяет получить великолепные фотографии того, что прежде никто не рассчитывал когда-либо увидеть и запечатлеть: внутреннее устройство мозга и его деятельность в процессе работы, при различных эмоциях и при получении информации от органов чувств. Наблюдая танец крохотных огоньков в аппарате МРТ, можно проследить за движением мысли внутри мозга. Мозг при этом напоминает часы с открытым механизмом, где видно, как все устроено, и можно наблюдать за ритмичным движением крохотных рычажков и шестеренок.
МРТ – это громадная цилиндрическая магнитная катушка, способная создать магнитное поле, в 20 000 – 60 000 раз превосходящее по мощности магнитное поле Земли.
Аппараты МРТ безопаснее рентгеновских, поскольку не порождают вредных ионов.
При компьютерной томографии, которая тоже способна давать трехмерные изображения, организм получает во много раз более серьезную дозу облучения чем при обычном рентгеновском исследовании, поэтому проведение КТ-исследований нужно тщательно регулировать.
МРТ при надлежащей эксплуатации безопасны, проблемы могут возникнуть лишь из-за небрежности работников. В этих аппаратах создается настолько мощное магнитное поле, что при несвоевременном включении оставленные без присмотра металлические инструменты летят с огромной скоростью.
Аппарат МРТ работает следующим образом: пациент ложится на спину, и его на каталке задвигают внутрь цилиндра, в котором располагается две большие катушки, создающие магнитное поле. При включении магнитного поля ядра атомов в теле человека ведут себя примерно как стрелка компаса и выстраиваются вдоль силовых линий поля. Затем подается короткий радиоимпульс, заставляющий некоторые ядра развернуться. Позже, при возвращении в нормальное положение, эти ядра порождают вторичный импульс излучения, который принимается и анализируется аппаратом. Анализ этого слабого «эха» позволяет определить положение и природу излучающих атомов. Если летучая мышь умеет при помощи эха определять положение объектов на своем пути, то аппарат МРТ позволяет улавливать излучение мозга, после чего компьютеры реконструируют положение атомов и строят красивые трехмерные графические изображения.
В середине 1990-х гг. был изобретен новый вид МРТ, получивший название функциональной магниторезонансной томографии, или фМРТ; и теперь аппараты уже различают присутствие кислорода в крови в сосудах мозга. Ученые обозначают маленькой буквой перед аббревиатурой МРТ тип аппарата.
На полученных при помощи МРТ изображениях не виден непосредственно ток электричества в нейронах, но поскольку без кислорода нейроны не получат энергии, насыщенная кислородом кровь косвенно указывает на поток электрической энергии в нейронах и наглядно показывает, как различные области мозга взаимодействуют между собой.
МРТ-изображения опровергли представление о том, что мышление сосредоточено в едином центре. Напротив, можно видеть, что в процессе мышления электрическая энергия циркулирует по различным частям мозга. Отслеживая путь, который проходят мысли в голове человека.
Серьезным преимуществом МРТ-аппаратов является то, что они могут с высокой точностью выделять крохотные, вплоть до десятых долей миллиметра, участки мозга и рассматривать их отдельно. МРТ-изображение – не просто точки на двумерном экране (пикселы), а точки в трехмерном пространстве (вокселы): в результате исследования мы получаем яркое трехмерное изображение мозга, сложенное из десятков тысяч цветных точек.
Различные химические элементы реагируют на разные частоты радиоволн по-разному, поэтому мы можем, изменяя частоту волны, определять, где какие элементы находятся.
При фМРТ в основном отслеживаются атомы кислорода в крови и измеряют кровоток, но вообще-то аппарат МРТ можно настроить на любое вещество.
В последнее десятилетие появилась новая разновидность МРТ – диффузионно-тензорная; она отслеживает движение воды в объеме мозга. Вода в мозге следует по нейронным путям, поэтому диффузионно-тензорная томография позволяет получить красивые картинки, напоминающие переплетение растущих в саду лиан.
Недостатки технологии МРТ. Пространственное разрешение аппаратов МРТ не имеет себе равных и позволяет довести параметры воксела до размера булавочной головки во всех трех измерениях, а вот временно́е разрешение их подкачало. Чтобы сделать снимок кровотока мозга, требуется почти секунда; может быть, это немного, но если вспомнить, что электрические сигналы проходят сквозь мозг почти мгновенно, то получается, что МРТ может зарегистрировать не все детали мыслительного процесса.