Сергей
я могу творить
Не теряй времени, его и так осталось мало.
Сергей Шклюдов
Все записи
текст

Сила мысли

"ММ" №7/118 2015, с. 84
Сила мысли – насколько она велика, как выглядит «интерфейс мозг-компьютер», и не в матрице ли мы живем? На накопившиеся вопросы «ММ» отвечает Александр Каплан – доктор биологических наук, психофизиолог, профессор кафедры физиологии человека и животных, заведующий лабораторией нейрофизиологии и нейроинтерфейсов на биологическом факультете МГУ.



– Александр Яковлевич, если верить газетам, силой мысли уже можно управлять протезами, дронами и автомобилем. Расскажите о технической стороне вопроса. Что такое «интерфейс мозг-компьютер»? 
– То, что называют «интерфейс мозг-компьютер» (он же брейн-компьютер-интерфейс, ИМК, BCI), – это не отдельное устройство. Это технология, которая позволяет человеку научиться управлять внешними исполнительными устройствами без помощи мышц, посредством волевых усилий. У нас в лаборатории, например, уже лет шесть как человек может сидеть за компьютером и печатать текст, не трогая клавиатуру, только фокусируя внимание на той или иной букве. 


– А как можно детектировать намерение? 
– Это делается на основе регистрации и расшифровки электрической активности мозга. Есть два варианта такой регистрации: вживить электроды непосредственно или закрепить электрод на кожной поверхности черепа. Во втором случае расшифровать сигнал сложнее, но у нас другого выхода нет, мы должны работать неинвазивным методом, без повреждений. Сначала происходит калибровка: мы регистрируем биотоки мозга и просим человека сфокусировать внимание на одном символе из их набора на мониторе. При этом каждый символ подмигивает, вызывая реакцию биотоков. Но реакция на символ, который вызвал интерес испытуемого, отличается от остальных. Такие символы называются целевыми. Все остальные – нецелевые. Во время калибровки алгоритмы учатся распознавать целевые и нецелевые реакции. Задача «интерфейса мозг-компьютер» – быстро детектировать среди всех реакций именно целевые и определять, на каком символе сфокусировано внимание испытуемого. 

– И каков процент ошибок?
– Зависит от качества реализации технологии. Если все хорошо сделать, то сразу после калибровки можно работать с 95-процентной надежностью – при наборе букв система будет ошибаться не более чем в 5 % случаев. 

– Но если такие системы использовать, скажем, для управления инвалидной коляской, даже вероятность одного процента ошибок опасна: я хочу поехать вправо, а коляска едет влево. 
– Да, это нас и ограничивает. Вот мы сейчас сказали о 95 %, но это высшее достижение. С ним мы выиграли в Австрии в 2011 году у всех команд по надежности и по времени отклика – у нас было 6 секунд, а у коллег, допустим, 8 секунд. Это мировые достижения. А насчет рядовых достижений – там может быть и 60, и 70 % – то есть 30–40 % ошибок. С такими ошибками инвалидным креслом нельзя управлять. А при 5 % вполне можно. 


– Когда технология «интерфейс мозг-компьютер» достигнет такого совершенства, чтобы любой смог использовать ее в быту? 
– Тут дело не в технике – как и 5–10 лет назад, когда мы начинали работать. Проблема в аккуратной реализации всей технологии: от регистрации биотоков до интеллектуальных алгоритмов их расшифровки. Технология проста: к кожной поверхности головы прикладывается металлический диск с припаянным проводником, по нему электрическая активность мозга подается в усилитель, а от усилителя – в компьютер для обработки. То есть берете однокопеечную монету, припаиваете к ней проводок, смазываете соленой водой, прикладываете – и у вас все уже есть. Дальше нужны хороший усилитель, потому что потенциалы мозга – это миллионные доли вольта, и алгоритмы расшифровки. 

– Электрические импульсы мозга еле уловимы, потому что очень слабые?
– Верно – между мозгом и кожной поверхностью целый сантиметр, мы ловим лишь отголоски. Дальше сигнал надо хорошо подготовить: очистить от шума, разложить на составляющие, расшифровать отличия целевого от нецелевого объекта. Труднее всего расшифровать внутренние образы. Было бы удобно мысленно задумывать буквы, но эти образы почти не проявляются в биотоках. А некоторые для этого подходят, например: «Я сжимаю правую руку». Их удается устойчиво удержать, и их отголоски в голове (не на экране) мы уже можем поймать. В совокупности получается, что каждый элемент технологии можно освоить в школьном радиокружке, но надо профессионально подойти. Ко мне как-то приезжали из Питера ребята-любители – инженеры по профессии, но никогда не занимались нашей технологией. Они организовывали там Fab lab, просили рассказать, как построить нейроинтерфейс. Я объяснил все на пальцах – месяца через три приехали, рассказали, что все получилось: сделали управляемый от намерений человека кран для пивного бачка. Похоже, у них там 40 % ошибок, но это же фан: подумал – и краник открылся, пиво полилось в бокал. 

– Не получится ли, что мы рано или поздно упремся в тупик абстрактного мышления?
– Вы правильно говорите: параметры нейроинтерфейсов во многом ограничены свойствами мозговых процессов. Например, скорость фокусировки внимания на внешних объектах – это не мгновенно. Сформировать мысленный образ – еще дольше, секунды. Если интерфейс всего на две команды – то будет быстрее. Но все равно ошибок не избежать. Если на основе нейроинтерфейса сделать катапультирование, то даже при 2 % ошибок на сто полетов будет два лишних «выброса». 

– Аналогичную схему пытаются разработать автомобилестроители – систему торможения автомобиля силой мысли. Рассчитано, что мозг, видя опасность на дороге, реагирует на доли секунды быстрее, чем нога, которая жмет на тормоз. И на скорости 100 км/ч это дает преимущество в 3,5 м тормозного пути.
– Правильно. Мозг расчеты делает очень быстро, время теряется на этапе мышечного действия. Если нейроинтерфейсом перехватить команды мозга к мышцам и выполнить намеченное действие электронно-механическими устройствами, то все будет быстро. Но перехват команд происходит с неминуемой ошибкой. При детектировании намерения оператора она достигает 20–30 %! Как тут управлять автомобилем? В 20–30 % случаев либо не будет торможения в нужный момент, либо тормознет, когда не надо. Это все журналисты разносят слухи об управляемых от «мыслей» автомобилях. 
А вот печать букв получается хорошо. С помощью нейроинтерфейса оператор набирает текст с надежностью 95 % и со скоростью 12–15 символов в минуту.

– Не кажется ли вам, что эволюция специально заключила мозг в тюрьму тела, чтобы не дать ему полную свободу?
– Конечно, эволюция придумала разные фильтры, чтобы не дать хода импульсивным решениям. Но все они работают на уровне самого же мозга. Мышцы только исполнители. Силой мысли пища в рот не попадет, поэтому придуманы мышцы – фактически, внешние исполнительные устройства. 

– Все-таки мозг ради тела или тело ради мозга?
– В ходе эволюции мозг сформировался для того, чтобы обеспечить организму выживание в непростых условиях: кто-то отбирает пищу, кто-то – место под солнцем, и надо сделать так, чтобы обеспечить себе и пищу, и кров, и потомство. Но здесь у природы нет какой-то самоцели, просто выживали те, что обладали мозгом, позволяющим это делать. Изначально мозг сформирован для обработки внешней информации. По мере усложнения ему потребовалось еще и запоминать ее, потом анализировать, наконец – принимать решения. Всему животному миру мозг дан, чтобы адаптироваться и выжить. Только у нас его аналитическая функция достигла такого совершенства, что превысила потребности обслуживания чисто биологической адаптации. В мозгу человека сформировалась динамическая модель физического мира.


– Он может прогнозировать будущее и менять мир?
– Именно потому, что в распоряжении мозга человека появилась модель физического мира, для него стало возможным проигрывать на ней варианты будущего. Причем для этого, по существу, не нужно ничего делать физически. Чтобы собаке или обезьяне проверить гипотезу, нужно что-то сделать, куда-то сбегать. Человек же может, сидя в кресле, проигрывать варианты будущего – использовать для этого банки данных, знаний, свое прошлое и всем этим манипулировать прямо в голове. Это полная динамическая модель мира, которая не могла сформироваться в голове у животных из-за отсутствия у них полноценного языка. Если немного утрировать, то ментальная модель – это и есть психика. Для человека стало возможным манипулировать не только физическими объектами, но и понятиями об этих объектах. Процессы принятия решений стали гораздо экономнее и быстрее. Это дало нам гигантское эволюционное преимущество. 

– Получается, что самоцель мозга – получение удовольствия? Например, от познания. 
– Важно, что с появлением психики, способной моделировать внешний мир, в дополнение к задаче адаптации организма у мозга появилась новая активность – совершенствование модели мира, его познание, можно сказать, из любопытства. И объемы этой деятельности превысили запросы на обслуживание жизненных потребностей. Появился новый тип потребностей – познание ради познания. Если хотите, новое удовольствие для мозга.

– Тактическое восприятие мира сменилось стратегическим?
– Ну да. Раньше оно было утилитарным, потребительским. А здесь получается, что уже достаточно жить в своем внутреннем мире – там тоже интересно. Вы прочли книгу и еще долго о ней думаете, забываете про работу или еду. Деятельность мозга оторвалась от биологической необходимости. С этого момента мозг начинает подстраивать жизнь организма, который его обеспечивает питательными веществами, под свою необходимость. И когда вы спрашиваете, тело для мозга или мозг для тела, – сейчас, получается, все же тело для мозга. Вы уже портите желудок, питаясь неизвестно чем, потому что так нравится, вы уже не заботитесь о своем теле. Вторично вам кто-то может объяснить, что так нельзя, тогда вторично вы можете на это отреагировать. А так мозг уже сам по себе.

– Можно ли будет когда-нибудь подсоединить мозг напрямую к Интернету – погрузить его в информацию, как в бочку с водой? 
– Фильм «Матрица» как раз эксплуатирует эту идею: мозги подключены к матрице, она генерирует некую реальность, и все думают, что живут в этой реальности, а на самом деле в бочках живут. В общем-то, ничего не изменилось. Мы сейчас живем не в физической реальности, мы живем в бочках. Но только эта бочка – наш собственный мозг. Вы не верите мне, но я вам сейчас объясню на пальцах.
Смотрите: я вас сейчас в физическом мире не вижу. И вы меня не видите. Почему? У нас у всех есть глаз, есть сетчатка – совокупность светочувствительных элементов. Она чувствует интенсивность света, падающего на экран – глаз. Этот экран – то же, что и матрица в фотоаппарате, только там 10 миллионов пикселей, а в глазу 126 миллионов. И свет, который на вас падает, отражается ко мне на сетчатку. Там есть как бы ваш портрет. От сетчатки в мозг идет зрительный нерв. Там уже 1 миллион волокон (а было 126 миллионов, уже сжатие). А что бежит по этим волокнам? Это не световоды, это электрические импульсы, и они подсоединяются к мозгу. Где там изображение? Все, оно рассыпалось. Если бы там был какой-то передатчик оптического изображения, то можно было бы говорить, что оно попало ко мне в мозг. А так – все разбилось на отдельные электрические импульсы. Нет вашего изображения – оно исчезло. Я вас физически не могу видеть никак. Это не мистика, просто инженерная ситуация. 
Где же я вас вижу? Ответ – мозг реконструирует ваш портрет. То есть все, что мы видим, – это повторная реконструкция, это творчество мозга. Поэтому я не уверен, все ли детали правильно распределены и правильно восстановились. 

– А как насчет опытов с «фотографиями» мыслей? Человек смотрит на цветок, и мы пытаемся поймать его мысль на условную фотопленку. Получается, мы ловим реконструкцию, которой занимается мозг? 
– В любом случае это реконструкции на основе нашего собственного опыта. Насчет того, ловим или не ловим, – нет в мире ни одной технологии, которая может рассмотреть этот образ в мозгу. Образы внешних объектов не ловятся сейчас никакой технологией, теоретически это нельзя сделать.

– Но там технология работает по принципу словаря – человеку показывают образы, записывают реакцию, потом компьютер, когда человек видит образ снова, выбирает из базы что-то похожее. 
– Вот видите, а это уже принципиально не то. Это мы не подсматриваем то, что в голове, мы предварительно тестируем, делаем каталог, и ошибка распознавания там примерно 80 %. 
Есть статьи, в которых по кадрам показано, как это происходит. Очень размытое изображение получается: что-то похожее на лицо, что-то похожее на плечи. Но все уже аплодируют: «Мы подсмотрели!» Нет. Мы подсмотрели распределение кровотока по голове, когда человеку показывали нечто похожее. Но даже «похожих» ситуаций из всех кадров – 10 %. Да и сходство ни о чем не говорит. Сами авторы подчеркивают: ни в коем случае не думайте, что мы тут читаем мысли. Но журналисты преподносят именно так. Нет, к сожалению, у нас нет никакого шанса прочитать мысли человека, потому что они кодированы собственным опытом. Нет общего ключа. А собственный опыт попробуйте разгадать.


– Футурологический вопрос. В фантастических фильмах поднимается тема бессмертия личности, достижимого при помощи записи электрических импульсов мозга на какой-то внешний источник или путем переноса этой личности в новое тело. Станет ли это когда-нибудь технологически возможным – «переселить» личность, совокупность памяти, опыта, чувств, знаний?
– Чувства – это уже большой вопрос, потому что они очень сопряжены с телом. Вы чувствуете, как сильнее бьется сердце. Телесные ощущения – это компонент ваших эмоций. Там у вас не будет тела. Наши «личные» чувства, эмоции, наши планы и цели в значительной мере определяются тем, что у нас есть чувствующее тело. Вообще, говоря о глобальном будущем, приходится предполагать, что все возможно. Потому что любое ограничение наталкивается на контраргумент: сто лет назад мобильный телефон тоже был невозможен.

– То есть возможность «перезаписать» мозг противоречит законам физики?
– Мы не можем отвечать, что будет в будущем, это бессмысленный вопрос. Но мы можем задать вопрос иначе. Позволяет ли все то, что мы знаем о мозге и физическом мире, предположить возможность перезаписи личности человека на новый носитель? Тут две проблемы: практическая и теоретическая. Первое – как переносить? У нас миллион миллиардов контактов, и если вы будете подсоединяться к ним проводочками, на Земле не хватит металла. Второе – мы не знаем кодов. Мы, допустим, можем воспроизвести структуру мозга, но что с содержанием? Этот код – он ваш личный, он основан на вашем опыте, он не такой, как у меня. Причем вы не можете мне рассказать этот секрет, вы сами его не знаете, он же внутри. Но в принципе мне такие сказки нравятся. При переселении в цифровой мир можно построить много коллизий; решается проблема пищи, жилья – много чего решается, объем памяти позволит сидеть в машинах всему населению Земли. Но какие это будут персонажи? Им не нужна реальная пища, они не чувствуют боли. Это же не люди. 

– Можно глупый вопрос? Мозг старится, именно как материя?
– Клетки мозга – особые, они не похожи на остальные. Клетки почек, печени, мышц постоянно обновляются – все, кроме клеток мозга. У них такой геном, что они никогда не делятся и не умирают – они в буквальном смысле волшебные. Правда, из этого еще ничего не следует. Здесь другая проблема: когда клетки тела делятся и копируют информацию, происходят ошибки копирования, и они накапливаются (на этом строится одна из гипотез старения). А у клеток мозга они не накапливаются. В пример можно привести одно исследование. Ученые взяли кусочек мышиного мозга и пересадили в крысиный мозг. Условно, крыса живет 2,5 года, мышь – 1 год. Вопрос был такой: проживут пересаженные клетки мышиную жизнь или будут жить, пока крыса не умрет? Если в геноме заложена их смерть через год – они должны умереть. А если все зависит от обеспечения необходимым – они проживут крысиную жизнь. И они прожили 2,5 года – почти в три раза больше отпущенного мышиной жизнью. Это значит, что если мозг обеспечивать нужными веществами, он может жить, по крайней мере, втрое дольше. В реальной жизни то сердце выйдет из строя, то печень, то почки – мозг прекращает существование не по собственным причинам, а потому, что «ломаются» органы, обеспечивающие его питанием. А так – если говорить о человеке, то его мозг тоже мог бы жить в два-три раза дольше. Эти два-три раза для нас почти как вечность – даже не сто, а триста лет!


Читать эту статью в онлайн версии журнала "ММ": 
http://www.21mm.ru/?mag=118#048

Всего 0 комментариев
Комментарии
OK OK OK OK OK OK OK
Яндекс.Метрика