Настало время межмозговой коммуникации. Как мы это сделали

Возможно, вы помните нейробиолога Мигеля Николесиса, который сконструировал управляемый мозгом экзоскелет, позволивший парализованному человеку совершить первый удар по мячу на Чемпионате мира по футболу в 2014 г. Над чем он работает сейчас? Он находится в поиске способов передачи собщения от одного мозга к другому (пока что это крысы и обезьяны). Посмотрите до конца, чтобы увидеть эксперимент, который, по его словам, «выходит за рамки вашего воображения».

12 июня 2014 года,
а именно в 3:33 после полудня,

приятным зимним днём
в Сан-Паулу, Бразилия,

типичным южноамериканским
зимним днём

вот этот молодой человек,
которого вы видите празднующим,

словно он забил гол,

29-летний Джулиано Пинто
совершил невероятный поступок.

Несмотря на паралич

и отсутствие чувствительности
от середины груди до кончиков пальцев ног

в результате случившейся 6 лет назад
аварии, в которой погиб его брат

и которая вызвала полное поражение
спинного мозга, оставив Джулиано инвалидом,

он оказался на высоте
и в этот день сделал то,

что все, кто его видел в последние 6 лет,
считали невозможным.

Джулиано Пинто открыл Чемпионат мира
по футболу в Бразилии в 2014 году,

совершив первый удар по мячу

лишь силой мысли.

Он не мог двигать телом,

но мог представлять движения,
необходимые для пинка по мячу.

Он был атлетом до паралича.
Сейчас он параатлет.

Я надеюсь, что через пару лет он будет
участвовать в паралимпийских играх.

Что повреждение спинного мозга
не отняло у Джулиано,

так это его способность мечтать.

И он исполнил мечту в этот день
на глазах 75 000 зрителей на стадионе

и примерно миллиардной аудитории,
смотрящей чемпионат по телевизору.

Этот удар увенчал 30 лет
фундаментальных исследований,

изучающих мозг,

эту потрясающую вселенную,
находящуюся у нас между ушей

и сравнимую только со вселенной,
царящей у нас над головами,

потому что у него
100 миллиардов элементов,

сообщающихся между собой посредством
мозговых электрических импульсов.

На то, чего достиг Джулиано, ушло 30 лет,
чтобы представить это в лаборатории,

и 15 лет, чтобы спланировать.

15 лет назад, когда я и Джон Чейпин
документально предложили,

что сможем построить то, что мы называли
мозго-машинным интерфейсом,

означающим подсоединение мозга
к устройствам для того,

чтобы животные и люди могли управлять ими
независимо от того,

как далеко они от них находятся,

лишь представляя, что они хотят сделать,

наши коллеги сказали, что нам нужна

профессиональная помощь психиатра.

Несмотря на это, шотландец
и бразилец упорно добивались своего,

потому что так нас воспитали
в наших странах.

В течение 12–15 лет мы проводили

демонстрацию за демонстрацией,
предполагающие такую возможность.

Мозго-машинный интерфейс —
это не сложная наука,

а просто исследование мозга.

Это не более чем использование датчиков

для чтения электрических импульсов,
производимых мозгом

для генерирования моторных команд,

которые должны быть переданы
в спинной мозг.

Мы спроектировали датчики,
способные считывать информацию

с сотен и сейчас уже тысяч
мозговых клеток одновременно

и извлекать из них электрические сигналы

моторного планирования,
которые генерирует мозг,

чтобы заставить нас
двигаться в пространстве.

Делая это, мы преобразовали эти сигналы
в цифровые команды,

которые может понимать любое механическое,
электронное или виртуальное устройство,

так чтобы субъект мог представить,
чем он или она хотели бы подвигать,

а устройство подчинялось такой
мозговой команде.

Оснастив эти устройства
большим количеством различных датчиков,

что вы увидите через минуту,

мы перенаправили сообщения
обратно в мозг для подтверждения того,

что добровольное моторное намерение
активируется независимо от места —

рядом с субъектом,
за дверью или на другом конце планеты.

Когда это сообщение передало информацию
обратно в мозг,

мозг понял свою задачу —
привести тело в движение.

Это лишь один эксперимент, который
мы опубликовали несколько лет назад,

где обезьяна, не двигая своим телом,

научилась контролировать движения
руки аватара — виртуальной руки,

которой в действительности
не существует.

То, что вы слышите, — это звук мозга
этой обезьяны в то время,

как она исследует три разные
визуально идентичные сферы

в виртуальном пространстве.

Чтобы получить вознаграждение — каплю
апельсинового сока, обожаемого обезьянами,

животное должно определить и выбрать
один из этих объектов,

дотронувшись до него,

именно дотронувшись, а не увидев,

т.к. каждый раз, как эта виртуальная
рука дотрагивается до объекта,

электрический импульс передаётся
обратно в мозг животного,

описывая тонкую структуру
поверхности объекта,

чтобы животное могло распознать,
какой объект нужно выбрать.

Если оно выбирает правильно, то получает
вознаграждение, не двинув ни одной мышцей.

Идеальный бразильский обед —

получить апельсиновый сок,
даже не шевелясь.

Как только мы увидели это,

мы снова предложили идею,
опубликованную нами 15 лет назад.

Мы снова утвердили документ.

Достали его из ящика

и предположили, что, может быть,
парализованный человек

может использовать мозго-машинный
интерфейс, чтобы восстановить подвижность.

Идея была в том,
что в случае несчастья,

а это может случиться с каждым из нас.

Позвольте сказать,
это очень неожиданно.

Какая-то миллисекунда столкновения,

автомобильной аварии,
полностью меняет вашу жизнь.

Если у вас полное повреждение
спинного мозга,

вы не можете двигаться, потому что
импульсы мозга не достигают мышц.

Однако электрические импульсы продолжают
генерироваться у вас в голове.

Люди с параличом рук и ног каждую ночь
видят сны о движении.

У них есть это в голове.

Проблема в том,
как получить оттуда этот код

и сделать так,
чтобы движение возникло снова.

Мы предложили создать новое тело,

а именно — роботизированный жилет.

Именно благодаря ему, Джулиано смог пнуть
этот мяч, просто подумав об этом,

потому что на нём был надет первый
управляемый мозгом роботизированный жилет,

который люди с параличом конечностей
смогут использовать для движения

и восстановления обратной связи.

Такой была первоначальная идея
15 лет назад.

То, что я собираюсь вам показать, —
это то, как 156 человек из 25 стран

со всех континентов
прекрасной планеты Земля

побросали всё в своей жизни,
своих родителей,

своих собак, жён, детей,
свои школы и работу

и приехали в Бразилию
на 18 месяцев, чтобы свершить это.

Потому что спустя 2 года после того,
как Бразилию выбрали местом чемпионата,

мы услышали, что бразильское правительство
хочет сделать что-то значимое

на церемонии открытия

в стране, которая переделала
и усовершенствовала футбол,

до тех пор, пока мы не встретили немцев.

(Смех)

Но это уже другой разговор,

и уже другой нейробиолог
должен говорить об этом.

Бразилия хотела продемонстрировать

абсолютно другую страну,

страну, в которой ценятся наука
и технологии

и которая может сделать подарок миллионам
— 25 миллионам человек по всему миру,

которые не могут двигаться
из-за повреждения спинного мозга.

Мы обратились к бразильскому правительству
и ФИФА с предложением о том,

чтобы дать возможность бразильцу
с параличом нижних конечностей

сделать удар по мячу
на кубке мира 2014 года,

используя управляемый мозгом экзоскелет,
позволяющий ему пнуть мяч

и почувствовать с ним контакт.

Они посмотрели на нас,
подумав, что мы совсем тронулись,

и ответили: «Хорошо,
давайте попробуем».

У нас было 18 месяцев на то,
чтобы сделать всё с самого начала, с нуля.

У нас не было ни экзоскелета,
ни пациентов, у нас

не было ничего сделано.

Все эти люди собрались вместе,

и за 18 месяцев мы погрузили 8 пациентов
в рутину обучения

и построили вот эту штуку
практически с нуля.

Мы называем его Бразил-Сантос Дюмонт 1.

Первый управляемый мозгом экзоскелет

был назван в честь самого известного
бразильского учёного

Альберто Сантос Дюмонта,

который 19 октября 1901 года
полетел на созданном им

первом управляемом дирижабле в воздухе
над Парижем на глазах миллионов людей.

Простите меня, мои американские друзья,

я живу в Северной Каролине,

но это было двумя годами ранее,
чем братья Райт

полетели над побережьем
Северной Каролины.

(Аплодисменты)

Управление полётом
было создано бразильцами. (Смех)

Мы прошли путь вместе с этими ребятами

и практически построили
этот экзоскелет вместе.

15 степеней свободы,
гидравлическая машина,

которая управляется
мозговыми сигналами,

регистрируемыми с помощью неинвазивной
технологии — электроэнцефалографии,

которая может помочь пациенту
представлять движения,

отправлять команды
к элементам управления и двигателям

и начать двигаться.

Экзоскелет был покрыт
искусственной кожей,

изобретённой Гордоном Ченгом,
одним из моих лучших друзей, в Мюнхене,

чтобы создать чувство движения суставов
и соприкосновения ног с землёй

и направить его обратно пациенту
через жилет, рубашку.

Это умная рубашка
с микровибрирующими элементами,

которая обеспечивает обратную связь
и обманывает мозг пациента,

создавая ощущение,
что не механизм ведёт человека,

а он сам снова ходит.

Мы начали всерьёз работать над этим,
и то, что вы увидите, —

это как Бруно, один из наших пациентов,
впервые в самом деле пошёл.

Ему требуется несколько секунд,
пока мы всё настроим.

Вы увидите голубой свет,
сияющий впереди шлема,

потому что Бруно представит
необходимое движение,

компьютер проанализирует его,
Бруно его подтвердит,

и когда оно подтверждено,

устройство начинает двигаться,
подчиняясь команде мозга Бруно.

Сейчас ему удалось это сделать
и он начал ходьбу.

После 9 лет
отсутствия способности двигаться

он самостоятельно идёт.

И более того —

(Аплодисменты)

он не просто ходит,

а чувствует землю под ногами,

и если скорость экзоскелета
увеличивается,

он говорит,
что снова ходит по песку Сантоса,

пляжного курорта, куда он ходил до того,
как произошёл несчастный случай.

Вот как мозг создаёт новые ощущения
в голове Бруно.

В конце своей ходьбы —
у меня уже выходит время —

он сказал: «Знаете, ребята,

мне нужно будет взять у вас эту вещь,
когда я буду жениться,

потому что я хочу идти к священнику,

видеть свою невесту
и присутствовать там самостоятельно».

Конечно же, он может взять её,
когда захочет.

Это то, что мы хотели показать
на чемпионате, но не смогли,

так как по неизвестной нам причине
ФИФА сократило время вещания в два раза.

Вы на секунду увидите, как Джулиано Пинто
в экзоскелете совершает пинок

за несколько минут до того,
как мы вышли на поле

и показали всей толпе,
на что он реально способен.

Огни, которые вы увидите,
как раз таки изображают всё действие.

Мигающие синие огни показывают,
что экзоскелет готов к работе,

что он может получать сигналы мыслей
и реагировать на них.

Когда Джулиано примет решение
пнуть мяч,

вы увидите два потока света —
зелёного и жёлтого —

исходящих из шлема
и подходящих к ногам.

Они представляют собой мысленные команды,
принятые экзоскелетом для того,

чтобы это в действительности произошло.

Практически за 13 секунд

Джулиано смог сделать это.

Вы видите, как подаётся команда.

Мяч установлен,
Джулиано готовится и совершает пинок.

Самое потрясающее —

то, что спустя 10 секунд после этого,
он посмотрел на нас на поле

и сказал, празднуя, как вы это уже видели:

«Я почувствовал мяч».

Это просто бесценно.

(Аплодисменты)

Куда это ведёт нас?

У меня есть 2 минуты,
чтобы сказать вам,

что это переходит
за грани нашего воображения.

Техника, управляемая мозгом, уже здесь.

Это новейшая версия,
мы опубликовали её год назад,

самый первый «межмозговой» интерфейс,

позволяющий двум животным
обмениваться мысленными сообщениями,

так чтобы одно животное,
которое видит что-то в окружающей среде,

могло передать мысленную СМС,
нейрофизиологическую торпеду

другому животному,

а оно в свою очередь
выполнило необходимое действие,

даже не подозревая, что за сообщение
было передано средой,

потому что оно поступило
из мозга первого животного.

Это первая демоверсия.

Постараюсь быть быстрее,
чтобы успеть показать вам последнюю.

Вы видите, как первая крыса
получает сообщение от света,

появляющегося слева от клетки, о том,

что ей необходимо нажать на левый рычаг,
чтобы получить вознаграждение.

Крыса направляется туда и делает это.

Синхронно эта крыса
отправляет мысленное сообщение

другой крысе, которая не получала
никакого светового сигнала.

В 70% случаев вторая крыса

нажимала на левый рычаг
и получала вознаграждение

без физического восприятия света
сетчаткой глаза.

Мы вывели это на более высокий уровень,

заставив обезьян работать вместе мысленно
в мозговой сети,

по существу,
передать свою мозговую активность

и объединить её для совершения движения
виртуальной рукой.

Вы видите, как две обезьяны впервые
объединили свои мозговые процессы,

идеально синхронизировали свой мозг,
чтобы привести руку в движение.

Она обезьяна управляет рукой по оси Х,

вторая управляет ей по оси Y.

Но всё становится более интересным,
когда работают три обезьяны.

Вы просите, чтобы одна обезьяна
управляла рукой по осям X и Y,

вторая — по осям Y и Z,

а третья — по осям X и Z.

И делаете так,
чтобы обезьяны вместе играли,

двигая рукой в трёхмерном поле к цели,
чтобы получить знаменитый бразильский сок.

И у них это получается.

Чёрная точка является
средним арифметическим их мозгов,

работающих параллельно,
в реальном времени.

Это и есть определение
биологического компьютера —

взаимодействие мозговой деятельности
и достижение цели моторного характера.

К чему это приводит?

Мы понятия не имеем.

Мы всего лишь учёные.

(Смех)

Нам платят за то,
чтобы мы были детьми,

рисковали по максимуму
и открывали для себя мир.

Я знаю одно:

однажды, через несколько десятков лет,

когда наши внуки смогут бороздить
просторы Интернета при помощи мысли,

или мать подарит своё зрение малышу,
который не может видеть из-за аутизма,

или кто-то сможет говорить
благодаря межмозговому каналу,

некоторые из вас вспомнят,
что всё это началось одним зимним днём

на футбольном поле в Бразилии
с невероятного удара по мячу.

Спасибо.

(Аплодисменты)

Спасибо.

Бруно Джусани: Мигель, спасибо,
что уложился в выделенное время.

На самом деле я бы дал тебе
ещё пару минут,

потому что есть моменты,
которые стоит прояснить.

Ясно, что нужна связь между мозгами,
чтобы выяснить, к чему это приведёт.

Давайте объединим всё вышесказанное.

Если я правильно понимаю,

одна из обезьян получает сигнал,

а другая обезьяна реагирует на него,

просто потому что первая, получая его,
передаёт ей нейрологический импульс.

Мигель Николесис:
Нет, всё немного по-другому.

Ни одна из обезьян
не знает о существовании двух других.

Они получают визуальную информацию
в двухмерном пространстве,

но выполнить задание они должны
в трёхмерном пространстве.

Они должны перемещать руку
в трёх измерениях.

Но каждая обезьяна видит лишь 2 измерения
на видеоэкране,

которые она может контролировать.

И чтобы выполнить задание,

необходимо синхронизировать
мозг двух обезьян,

а в идеале трёх.

Мы выяснили, что когда одна обезьяна
начинает лениться,

то другие две
повышают свою производительность,

чтобы вернуть к делу первую обезьяну.

Всё налаживается динамически,

но в целом
синхронность остаётся такой же.

Если же поменять ход задания,
не давая обезьянам понять,

какое измерение
должен контролировать мозг,

например, обезьяна управляет рукой
по осям X и Y,

но теперь ей надо управлять
по осям Y и Z,

мозг животного мгновенно забывает
о предыдущем измерении

и сосредотачивается на новом.

Я хочу сказать,
что ни одна машина Тьюринга,

ни один компьютер не сможет предсказать,
на что способна мозговая сеть.

Мы сможем вобрать в себя технологии.

Технологии же никогда не смогут
вобрать в себя нас.

Это просто невозможно.

БД: Сколько раз вы проводили этот тест?

Сколько раз вас постиг успех
по сравнению с неудачей?

МН: Десятки раз.

С тремя обезьянами?
Несколько раз.

Я бы не смог рассказывать об этом,
если бы не проделал это несколько раз.

Я забыл упомянуть
из-за недостатка времени,

что всего 3 недели назад
группа европейских учёных

продемонстрировала первое межмозговое
соединение от человека к человеку.

БД: И как это работает?

МН: Подавался один бит информации —
все великие идеи начинаются скромно —

по существу мозговая активность
одного испытуемого

передавалась второму испытуемому
посредством неинвазивной технологии.

Первый испытуемый, как и крысы,
получал визуальное сообщение

и передавал его второму.

Второй испытуемый получал магнитный импульс
в зрительной коре головного мозга,

или другой импульс,
или два разных импульса.

При одном импульсе человек видел одно.

При другом — что-то другое.

Он был в состоянии вербально определить,

какое сообщение
посылал ему первый испытуемый

посредством интернета через континенты.

БД: Поразительно. Это то, к чему мы идём.

Это уже тема выступления
на следующем форуме TED.

Мигель Николесис, спасибо.
МН: Спасибо, Бруно. Спасибо.