Сила мысли: Чтобы открыть программу, дважды подумайте об иконке
Заведующий Лабораторией физиологии сенсорных систем ИВНД и НФ РАН Игорь Шевелев подвел нас к тяжелой двери в локоть толщиной, с видимым усилием потянул ее на себя, и перед нами открылась святая святых. Стены небольшой комнаты сплошь покрыты металлической сеткой и звукопоглощающими экранами, ограждающими расположенную здесь аппаратуру от всевозможных электромагнитных помех. Посередине располагалось одинокое кресло с ворохом проводов, подключенных к мощным усилителям, прикрепленным у изголовья. «Любой человек, облаченный в специальный шлем, сидя вот здесь, способен с помощью мысли управлять компьютером, а через него разными механическими устройствами: роботами, манипуляторами и электрокарами, — пояснил Игорь Шевелев, хлопнув по потертому дерматину. — Но главное, при помощи мысли уже сейчас можно набирать текст на компьютере, что является настоящим прорывом в прикладной нейрофизиологии». Верилось, честно говоря, с трудом. Слишком уж абстрактная это вещь мысль, чтобы так просто ее уловить да еще и преобразовать в команды для компьютера, робота, электрокара.
На заре компьютерной эры
Идея об управлении машиной одной лишь силой мысли зародилась в середине ХХ века, когда для изучения деятельности мозга стали широко применяться электроэнцефалографы (ЭЭГ). Первым человеком, реализовавшим ее на практике, стал англичанин Эдмонд Деван. В 1967 году в Кембридже он провел серию экспериментов, в ходе которых люди, подключенные к аппаратуре ЭЭГ, учились контролировать амплитуду мозгового альфа-ритма. Испытуемые самостоятельно, то расслабляясь, то возбуждаясь, передавали сигналы, преобразовываемые компьютером в точки или тире, складывающиеся в азбуку Морзе. Вполне закономерно, что первым словом, мысленно переданным на телетайп, стало слово «кибернетика».
Идею тут же подхватили военные. В начале 1970-х годов американское Агентство перспективных оборонных разработок (Defense Advanced Research Projects Agency — DARPA) объявило о начале работ по созданию — ни много ни мало — истребителя, управляемого одной лишь силой мысли. К исследованию подключились ведущие научные организации США. Разрабатывались системы, дававшие возможность летчику, не отвлекаясь от управления самолетом, включать и выключать ряд функций авионики. К сожалению, низкий уровень тогдашних технологий не позволил довести начатую работу до конца. Компьютеры и другие электронные приборы были слишком велики для размещения на самолетах, да и производительность их заставляла желать лучшего. Программа была свернута.
Вспомнили о ней ученые только в 90-е годы ХХ века, когда новые разработки в электронике и компьютерной технике позволили вернуться к созданию интерфейса мозг-компьютер (Brain-Computer Interface — BCI) на качественно новом уровне. В настоящее время подобные системы активно конструируются в США, Германии, Японии, Китае, России и других странах.
Люди-киборги
В 1998 году сразу в двух точках земного шара — университете Эмори (США) и Тюбингенском университете (Германия) — были поставлены практически идентичные эксперименты. Мужчине, парализованному после инсульта, прямо в мозг были имплантированы микроэлектроды, при помощи которых компьютер измерял электрические импульсы мозга и преобразовывал их в команды для управления курсором. Больной представлял, что двигает правой или левой рукой, и курсор на экране монитора перемещался в ту или иную сторону. Выбирая на экране из заранее подготовленного списка различные фразы, инвалид мог позвать медицинскую сестру, попросить пить или есть, а также включить или выключить телевизор.
Функциональность этого устройства навела ученых на мысль попробовать изготовить механические протезы, управляемые мозгом посредством вживленных в него электродов.
Наибольшую известность получил эксперимент, проведенный в 2001 году в США Мигелем Николелисом из университета Дюка. Внедрив в мозг обезьяны несколько электродов, он добился поразительной синхронизации движения настоящей руки животного и ее роботизированного аналога. Стоило мартышке сжать в своей руке игрушку, как киберрука в точности повторяла ее жест.
Дальнейшее продолжение эти исследования получили в опытах нейрохирурга Джона Донога из университета Брауна (США). В 2002 году он провел интересный эксперимент с обезьянами. Животных научили играть в компьютерную игру, в ходе которой одним круглым мячом на экране компьютера надо было поймать другой. В эксперименте участвовали три обезьянки, в мозг которых была вживлена система электродов, измеряющих активность тех его областей, которые отвечали за работу рук. Сначала животные пользовались джойстиками, но вскоре их отключили, и компьютер стал читать сигналы мозга, снимаемые с внутричерепных электродов. Ни о чем не подозревающие животные продолжали играть, а мячик все так же двигался по экрану без всяких задержек. Получалось, что обезьяны управляли им при помощи одних лишь мыслей.
Но дальше всех пошла американская компания Cyberkinetics. Весной 2005 года она успешно завершила многолетние испытания чипов-имплантатов BrainGate («Ворота в мозг»), призванных облегчить жизнь парализованным пациентам.
Первым человеком, в мозг которого был вживлен чудо-чип, стал Мэттью Нейгл. 25-летнего американца полностью парализовало в 2001 году в результате ножевого ранения в шею. До сих пор он не может дышать без респиратора и передвигается исключительно в инвалидной коляске. Однако благодаря профессору Джону Донахью, возглавляющему кафедру нейрофизиологии медицинского факультета университета Брауна (США), у него появилась возможность существенно улучшить качество своей жизни. В ходе трехчасовой операции в мозг Нейгла было вживлено несколько электродов, которые располагались над моторными сенсорами коры головного мозга, где как раз и возникают сигналы, контролирующие движение рук. На последнем этапе операции на голове Нейгла было закреплено специальное металлическое устройство, позволявшее чипу передавать информацию на компьютер. Сначала пациент просто учился двигать курсор по экрану компьютера, мысленно представляя, что он пользуется руками, и весьма в этом преуспел. На сегодняшний день он уже умеет включать и выключать телевизор, подсоединенный к компьютеру, двигать роботизированной рукой. Первый эксперимент оказался столь удачным, что весной 2004 года Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными препаратами США (Food and Drug Administration — FDA) дало добро на широкое применение BrainGate в медицинской практике. Cyberkinetics уже вложила в проект BrainGate $9 млн., в 2007—2008 годах она собирается вывести готовый продукт на рынок.