Спецпроект з
Написала: Оксана Брошнівська
Ілюстрації: Олександр Шатохін
Нейроінтерфейси
Ось і настала ера чистої творчості: людина, не маючи перешкод у засобах створення ідей, відтворює всі свої фантазії. Контролювати комп'ютери поглядом, читати чужі думки та переглядати чиїсь спогади – усе це вже реальність.
Ось ми й прийшли і стоїмо на порозі зачинених наразі дверей, поволі конструюючи різні ключі, щоб ці двері відчинити. Чи треба це нам, так до кінця й не розібрались, але навіть якщо не дуже й треба – всіх не вгомониш: хтось-таки колись-таки й підбере той ключ. А там вже як піде: ніхто наразі не може сказати, куди приведе людство технологічна сингулярність. Можливо, ми взагалі перестанемо розуміти, що відбувається. Ми й зараз не те щоб дуже розуміємо, та принаймні щиро віримо: ситуація в нас під контролем. Ну справді, вийдіть, подивіться довкола: крім нас тут навіть і поговорити дуже нема з ким, та ще й на тих рівнях абстракцій, на яких ми мислимо. Серед всіх інших видів наших масштабів (бо про мікроогранізми тут не йтиметься) лише ми ухитрилися збудувати величезні колонії, розійшовшись накладом у 7,5 млрд особин – а це неабиякий успіх!

Проте за тими дверима все може суттєво помінятися, і назад ми вже вийти не зможемо. Якщо вчасно не припнемо великого технологічного пса, на якого натрапимо, то, ймовірно, зникнемо взагалі.

...Та що як ми просто перестанемо бути тими, ким є?


Екзистенційні машини
Вони не могли похвалитися ані довгими шиями, ані вмінням літати, гострими пазуряками чи міцною вродженою бронею. У цих істот, до того ж, були напрочуд великі мізки, які було не так просто прогодувати: на
2-3 % загальної маси тіла вони споживали 25 % енергії навіть у стані спокою.

Як і в більшості інших істот, із якими Homo Sapiens мали справу, у них був «рептильний мозок», що пильнував, щоб їхні серця билися, легені дихали, а температура тіла балансувала в розумних межах. Мали вони також лімбічну систему, новіший «шар мозку», що виріс над «рептильним» і приніс із собою нові функції, як-от емоції та пам'ять. Але магія почалася вже з третього шару – неокортексу, звідки пішли роздуми про речі, яких не існує, і найефективніший на той час (і досі) спосіб цими роздумами ділитися.




Мова
Завдяки мові вони змогли передавати більше інформації: як про себе чи навколишній світ, так і про більш абстрактні поняття. Чисельність їхніх груп почала стрімко зростати, і їм легше було адаптуватися до жорстоких умов реальності – полювати на бізонів, уникати левів.

Утім, не лише люди вміють спілкуватися: деякі комахи, бджоли чи мурахи, уже давно повідомляють одне одному, де їжа, а ось зелені мартишки вміють попереджати своїх родичів і друзів про наближення орла чи лева – і після цього, залежно від специфіки вигуку, піднімають голови до неба або вилазять на дерева. Цілком можливо, що й неандертальці володіли мовою. Проте повністю пірнули в інформаційний простір лише Homo Sapiens.






Нове середовище
Люди почали писати 5-6 тисяч років тому. Це дозволило їм ще ефективніше передавати свої думки крізь простір і час. Згодом надійність цієї передачі тільки покращувалася, а кількість самої інформації збільшувалася, аж поки (з друкарським верстатом, першими ЕОМ та винайденням інтернету в проміжках) ми не опинилися в океані символів, кольорів, звуків, сенсів і абстрактних понять.

У нас досі той самий мозок, який був тисячі років тому в давніх людей, а ось середовище цілком змінилося. Як пристосуються наші мізки до цих нових умов: чекатимуть, поки в дію вступить наразі найефективніший, проте найповільніший дизайнер – еволюція – чи, об'єднавшись з іншими, самі себе прокачають до невпізнаваності?









Давайте розберемося детальніше в тому, що взагалі таке нейроінтерфейс та як він працює.







Інтерфейс. У широкому сенсі термін інтерфейс означає поєднання двох або більше об'єктів, між якими можлива взаємодія чи обмін інформацією. Інтерфейс повинен містити фізичні засоби передачі інформації між сутностями, що взаємодіють, та набір правил, за якими вона відбувається. Приклади – віжки, за допомогою яких візник керує конем, або сенсорний дисплей у системі «користувач-смартфон». Мова – це теж один з інтерфейсів, якими ми послуговуємося.








Нейро. Елементарна одиниця нервової системи – нейрон. Це клітини, які мають два типи відростків: аксони, що відповідають за «вихідні» сигнали, та дендрити, відповідальні за «вхідні» підключення. Таких підключень (синапсів) у одного нейрона може бути до 30 тисяч, а самих нейронів у головному мозку людини за різними оцінками – від 100 до 200 млрд. Між собою нейрони взаємодіють за допомогою електричних сигналів, але важливо розуміти, що ці імпульси не є електричним струмом – це мігруючі потенціали дії. Процес супроводжують слабкі коливання електромагнітного поля, які можна зафіксувати за допомогою датчиків, що їх використовують у електроенцефалографії.










Нейроінтерфейс. Для створення повноцінного нейроінтерфейсу потрібно вирішити два завдання: зчитування – виведення інформації з головного мозку – та запис інформації – її введення. Крім того, інструменти, які для цього застосовуватимуть, повинні мати високу роздільну здатність, змогу взаємодіяти зі всім мозком одразу і якомога менше втручатися в структуру мозку, не загрожуючи його нормальній роботі.













Усі ми – трохи кіборги...
Людські мізки тепер простягаються не лише через нерви до всіх наших м'язів, а й до ґаджетів, із якими у нас вже встигли розвинутись симбіотичні зв'язки. Нова інформація з їхньою допомогою щодня вривається в нашу свідомість, і хоч вони ще не підключені до нас напряму, ми вже не уявляємо себе без телефонів. А ось дехто з нас уже навіть живе із вживленими в мозок електродами, чіпами, носить кохлеарні апарати й дивиться на світ через штучну сітківку.

Перші нейрокомп'ютерні інтерфейси – системи, що займаються обміном інформації між мозком та комп'ютером напряму – розробляються для людей з вадами слуху, зору чи втраченими руховими можливостями.



Втрачені можливості
Щоб перетворювати думки паралізованих людей у набір комп'ютерних команд, компанія Cyberkinetics спроектувала електронний імплантат BrainGate. Він дозволив паралізованому від шиї до кінцівок Метью Нейґлу грати у відеогру, поєднавши комп'ютер із його моторною корою – на щастя, однією з найбільш вивчених та картованих зон мозку. Спинний мозок, через який проходять пучки нервів від головного мозку до усіх кінцівок, у паралізованих людей перестає працювати, проте намір порухати певною частиною тіла зберігається в моторній корі, і комп'ютер може його зчитати.

У травні 2012-го паралізована Кеті Гатчинсон вперше за 15 років нарешті самостійно випила кави з пляшки за допомогою роботизованої руки – вчені з Університету Брауна помістили на поверхню її мозку менший за монетку чип BrainGate.


BrainGate дозволяє керувати реальними об'єктами (протезом руки, інвалідним візком чи курсором мишки) за допомогою думки. Уся система складається з давачів, імплантованих в мозок, і зовнішнього декодувального приладу. Давач об'єднує близько сотні електродів завтовшки з волосину, що відстежують електромагнітні імпульси й розпізнають сигнали нейронів у окремих частинах мозку. Він перетворює мозкову активність у електричні сигнали й передає їх на зовнішній пристрій, де вони декодуються спеціальним програмним забезпеченням.

У квітні 2019-го в Nature з'явилася стаття про декодер, що синтезує мову за активністю мозку під час рухів органів мовного тракту. Це інвазивний пристрій – його треба вживляти у мозок. Наразі за допомогою електродів, імплантованих в мозок пацієнтів з епілепсією, вчені записували сигнали кори, поки ті вголос читали сотні речень. Тоді одну нейронну мережу навчили розпізнавати елементи руху мовного тракту, а другу – розпізнавати в них акустичні параметри мови. Потім на основі цього пристрій синтезував короткі фрази, які можна було розібрати в
70 % випадків.



Цей метод, що складається з двох етапів – розпізнавання активності мозку, пов'язаної з рухом органів мовлення, та трансформації цих сигналів у слова, на думку вчених, є більш ефективним, ніж якби пацієнти просто думали про слова чи предмети. До того ж такий пристрій дозволить значно швидше доносити свої думки, аніж це можливо сьогодні, наприклад, за допомогою приладів, які дають змогу керувати курсором рухами очей чи голови.

Пригадуєте чемпіонат світу з футболу 2014-го в Бразилії? Його відкрив ударом по м'ячу Джуліано Пінто, і цей факт був би не таким дивовижним, якби не те, що у 29-річного хлопця повністю паралізовані нижні кінцівки. Нейрофізіолог і конструктор нейроінтерфейсів Мігель Ніколеліс сконструював екзоскелет, яким Джуліано вчився керувати силою думки впродовж кількох місяців напередодні.



Людські мізки тепер простягаються не лише через нерви до всіх наших м'язів, а й до ґаджетів, з якими у нас вже встигли розвинутись симбіотичні зв'язки
Нові можливості
Мозок наділений всім, чим потрібно, щоб розуміти середовище, у яке він потрапив: він перетворює довжини певних хвиль світла у кольори, коливання повітря – у звуки, отримує від рецепторів інформацію про дотики, температуру, біль. І все ж наш набір для сприйняття Всесвіту доволі обмежений. Ось акули, до прикладу, відчувають ще й електромагнітне поле, дельфіни чують крізь кістки, а кажани використовують ехолокацію, щоб зорієнтуватись.
Кібернізація для всіх
Деякі відносно прості прилади з нейрокомп'ютерним інтерфейсом вже доступні у продажу. Серед них Emotiv Insight, портативний електроенцефалограф у вигляді стильного обруча за 299 доларів. Він оснащений п'ятьма сенсорами ЕЕГ і двома давачами, що охоплюють лобну кору, тім'яно-скроневу та потиличну зони. За словами розробників, пристрій дозволяє оптимізувати продуктивність мозку, вимірювати й контролювати когнітивні функції, а також знижувати рівень стресу. Встановивши відповідні програми на комп'ютер, можна навчити нейроінтерфейс розпізнавати емоції: стискання зубів, мигання, підмигування, здивування та насуплення.
У деяких китайських школах вже вирощують маленьких кіборгів, вдягаючи їм обручі, які вимірюють активність мозку й показують вчителеві зосередженість школярів на уроці. Основним принципом системи розробники вважають можливість виявляти дітей, яким потрібна додаткова допомога й увага під час навчання.

Підвищувати концентрацію за допомогою нейрокомп'ютерного інтерфейсу можна й граючи у відеогру. Учені-дослідники із Taipei Tech (Національний технологічний університет Тайбея) за допомогою програмного забезпечення й інноваційних серверних рішень Lenovo розробили багатокористувацьку автогонку у VR, де керувати треба силою думки. Гравцям одягають на голови шапочки, які вимірюють і передають електроенцефалографічні (ЕЕГ) сигнали мозку на хмарний сервер. Там, за допомогою алгоритмів штучного інтелекту, мозкові хвилі перетворюються на комп'ютерні команди – до того ж доволі швидко (як заявляють розробники, менше, ніж за 50 мілісекунд). Такі технології можуть також допомогти дітям із синдромом порушення активності й уваги – нейроповедінковому розладі, при якому важко сконцентруватись.

Загалом, хоч нейроінтерфейси сьогодні й відновлюють втрачені можливості й дозволяють впустити у свою реальність щось нове, справжня магія ще не почалась…




Бути нарівні з ̶В̶о̶л̶д̶е̶м̶о̶р̶т̶о̶м̶ технологічним псом
Поки ми не відчинили двері сигнулярності, і на світі не з'явився комп'ютер, який думає та знає все (зокрема, і людські слабкості), такі амбітні «чарівники», як Ілон Маск, уже вигадують, як нас від нього рятувати. Ну, на випадок, якщо закони робототехніки не спрацюють.

Разом із іншим американським підприємцем Семом Альтманом вони запустили OpenAI – некомерційну дослідницьку компанію, що займається ШІ. Вона об'єднає дослідників з усього світу швидше, ніж якийсь «злий маг» зміг би наодинці запустити ШІ.

Крім того, Маск певний, що нам вартувало би самим стати ШІ, перетворивши свій мозок на пристрій із вікном у світ цифрових технологій. Тоді ми могли б оперувати будь-якою інформацією, яку отримували би за бажанням прямо з хмари. Якою виглядала б наша комунікація одне з одним у таку епоху? Чи залишилися би ми собою, чи злилися б в одну хмарну свідомість?





Проте й серед нас є такі, що бачать/чують/відчувають трохи більше. Ніл Гарбісон з'явився на цей світ із вродженою ахроматопсією – захворюванням, через яке весь світ у нього складався лишень із відтінків сірого. У жовтні 2003 року він послухав доповідь з кібернетики американського студента Адама Монтандона. Він розповідав про свій проект переведення частот кольору в частоти звуку. Невдовзі Гарбісон став учасником проекту Eyeborg, запам'ятав частоти, які відповідають тому чи іншому кольору, і назавжди приєднав до голови антену, що займається трансформацією цих частот. Так він почав «чути кольори», а за кілька років мікрочип в антені вдосконалили, і він почав чути навіть ті кольори, які людське око не могло би побачити – інфрачервоні й ультрафіолетові.
Ще один сучасний кіборг – британський вчений Кевін Ворвік – імплантував собі під шкіру RFID-чип, що дозволяє взаємодіяти з комп'ютерами, вмикати й вимикати світло, відчиняти й зачиняти електронні замки. За допомогою хірургічного втручання він інтегрував власну нервову систему з нейронним інтерфейсом і під'єднався до своєї дружини Ірен, якій імплантували мікрочип у серединний нерв. Кожного разу, коли вона стискала чи розслабляла руку, він із точністю понад 98 % отримував імпульси, так ніби стискав руку сам.
Схожий обруч, Muse, позиціонує себе на ринку як прилад, що допоможе медитувати. Розробники стверджують, що він дозволяє більш ефективно використовувати мозок, допомагаючи заспокоїтись та бачити в реальному часі картину його активності. Настрій людини, що вдягнула обруч, Muse відтворює через звуки відповідної погоди: наприклад, зайнятий стресами розум, який постійно відволікається на проблеми, буде чутися як сильна буря.


Завдяки ньому можна подумки давати команди об'єктам на екрані свого комп'ютера: «вгору», «вниз», «тягни», «штовхай» та навіть «зникни» – що, звісно, потребує навчання та калібрування. Так можна силою думки відкривати, наприклад, пошукове вікно, змінювати розкладку клавіатури або навіть піти далі й, під'єднавши ПЗ до інших систем, вмикати подумки світло, перемикати канали телевізора чи літати на дистанційно-керованому гелікоптері. Наразі пристрій здатен виконувати лише дві команди водночас, а програмне забезпечення для нього недосконале, проте розробники обіцяють із часом покращувати всі компоненти.




Виманологія
«Тільки маґли базікають про «читання чужих думок». Мозок – це не книга, яку можна розгорнути, коли забажаєш, і почитати на дозвіллі. Думки не викарбувані на стінках черепа, щоб їх могли переглядати всі, кому не ліньки. Наш розум – це складна, багатошарова комплексна субстанція... принаймні в більшості людей» (переклад Віктора Морозова –ред.) – казав професор Снейп Гаррі Поттеру, коли вчив його виманології – умінню проникати у свідомість іншого…







Сито спогадів
Пам'ятаєте чашу з того ж «Гаррі Поттера», занурившись з головою в яку, можна було потрапити всередину чужого спогаду? Уявіть, якби ми ділились враженнями, снами та подіями, через які пройшли, просто даючи змогу комусь іншому їх пережити? Ми могли би щось уявляти і транслювати свої фантазії прямо у чужу свідомість. Хоча, імовірно, злиття свідомостей в одну настане раніше, ніж нам захочеться таке робити.








… І все, що тільки захочеться
Уявіть, що всі технології навколо оснащені сенсорами, які під'єднуються прямо до мозку. Ми керуємо всім навколо лише силою думки: вмикаємо світло, відчиняємо двері, регулюємо температуру та навіть готуємо. Контролюємо все й навіть свою «внутрішню мавпу» – лімбічну систему. Не заздримо, не прокрастинуємо, не об'їдаємось солодким до напівсмерті. Стаємо дисциплінованішими, регулюємо свій сон, позбуваємось тривог і депресій. Нас неможливо приголомшити якоюсь інформацією – бо одразу можемо знайти до неї доступ «у собі» (як колись мріяли на екзаменах). Нам підвладні всі системи, про які мріяли люди впродовж тисячоліть, щоб забезпечити собі комфорт.










Трохи про погане
Звісно, не все так просто. Для початку доведеться збільшити пропускну здатність нейроінтерфейсів, придумати, як під'єднувати їх неінвазивно, трохи згодом запобігти ламанню власного мозку, а головне – пильнувати, кому в руки потрапляє і як використовується вся та інформація, яку наш мозок транслює у хмару. Але це вже інша історія.













Мова – найкращий засіб комунікації, який наразі придумали люди, проте навіть вона не досконала. Трансформуючи поняття в мову, мозок стискає його у вузькі потоки даних, при цьому втрачаючи певну суть. Не кажучи вже про те, як цю інформацію тлумачить інший мозок. Та й слова загалом – лише наближення, вони не здатні описати весь спектр людських переживань. Проте, якби можна було з'єднати мізки між собою безпосередньо, нічого би не втрачалось, і ми відчували би стани одне одного так само, як Гаррі Поттер і Темний Лорд.




Найвидатніші мізки світу під'єднувалися би, щоб вирішувати проблеми, бачачи їх крізь призми компетенції кожного з них і не гублячи по дорозі тих сенсів, які випускає конвертація в слова.