Исследуемая нервная клетка, как оказалось, была связана именно с целостным образом конкретной актрисы, а вовсе не с отдельными элементами ее внешности или одежды. И это открытие давало если не ключ, то подсказку к пониманию механизмов сохранения долговременной памяти в человеческом мозге. Единственное, что мешало продвигаться дальше, — те самые соображения этики и права, о которых говорилось выше. Ученые не могли разместить электроды ни в каких других областях мозга, кроме тех, что подвергались предоперационному исследованию, да и само это исследование имело ограниченные медицинской задачей временные рамки. Это весьма затрудняло поиски ответа на вопрос, действительно ли существует нейрон Дженнифер Энистон, или Брэда Питта, или Эйфелевой башни, а может быть, в результате замеров ученые случайно натыкались лишь на одну клетку из целой связанной друг с другом синаптическими связями сети, отвечающей за сохранение или узнавание определенного образа.
Нейроинженерия
Создан ли нейро-машинный интерфейс, позволяющий парализованным людям управлять роботом-манипулятором?
Да, такой интерфейс создан. Особенно интересны в этой связи работы нейроинженера Джона Донохью из Университета Браун (штат Род-Айленд). В возглавляемой им лаборатории разработана технология BrainGate, помогающая парализованным Вырваться из «тюрьмы» своего тела. Чаще всего паралич наступает не в результате поражения головного мозга, а по причине нарушения коммуникации между головным мозгом и периферийной нервной системой, например из-за повреждения спинного мозга. Если моторная кора цела и функционирует, в нее вставляется небольшой чип с золотыми электродами. Чип считывает сигналы, поступающие от нужных групп нейронов, и преобразует их в команды для компьютера. Если к компьютеру подсоединена роботизированная рука-манипулятор, то достаточно пациенту подумать о том, как он поднимает свою руку, как робот выполнит задуманное движение. Таким же способом парализованный человек может управлять набором текста на компьютере или перемещать курсор по экрану. Единственное неудобство — из верхней части черепа торчат провода, однако это мелочь по сравнению с полной неподвижностью. В будущем, мечтает Донохью, электронный чип, имплантированный в мозг, будет управлять не компьютером, а мышцами собственного тела пациента через систему электростимуляторов, которые будут вживлены в мускулатуру.
Может ли мозг видеть без глаз?
То, что мы считаем зрением, есть на самом деле интерпретация мозгом электросигналов, генерируемых массивом светочувствительных клеток — палочек и колбочек, расположенных на внутренней стороне сетчатки. У сетчатки высокое разрешение — бооколо 126 мегапикселей, если приблизительно выразить его в параметрах, в которых оценивается матрица цифрового фотоаппарата. Однако в строение глаза заложена масса несовершенств и окончательная картинка — это все-таки результат вычислений, проведенных мозгом. Именно мозг «заботится» о том, чтобы зрительное восприятие создавало нам максимальные удобства при ориентации в пространстве. Но, как выясняется, даже если мозгу предложить картинку куда более низкого разрешения, и даже если устройством «ввода» будет не глаз и не светочувствительные клетки, мозг и тогда сумеет нас сориентировать. Доказательством тому — работы американского ученого Пола Бач-и-Рита. Создав матрицу низкого разрешения (144 маленьких золотых контакта) на которую подавалась видеокартинка с разверткой в виде электросигналов разной интенсивности, он приложил контакты… к языку испытуемого, лишенного зрения. Поначалу электросигналы создавали лишь ощущение неприятного пощипывания, но некоторое время спустя мозг научился распознавать в этих раздражителях упрощенные очертания окружающих предметов.
Игра с картинками
Как бы то ни было, эксперименты продолжились, и к ним подключился Моран Серф — личность крайне разносторонняя. Израильтянин по происхождению, он попробовал себя в роли бизнес-консультанта, хакера и одновременно инструктора по компьютерной безопасности, а еще художника и автора комиксов, писателя и музыканта. Вот этот-то человек со спектром талантов, достойным эпохи Возрождения, взялся создать на основе «нейрона Дженнифер Энистон» и ему подобных нечто вроде нейромашинного интерфейса. В качестве испытуемых и на этот раз выступили 12 пациентов медицинского центра им. Рональда Рейгана при Калифорнийском университете. В ходе предоперационных исследований им внедрили в область срединной височной доли по 64 отдельных электрода. Параллельно начались эксперименты.
Развитие наук о высшей нервной деятельности сулит невероятные перспективы: люди смогут лучше понять себя и справиться с ныне неизлечимыми недугами. Проблемой остается морально-правовая сторона экспериментов над живым человеческим мозгом.
Сначала этим людям показали 110 изображений поп-культурной тематики. По итогам этого первого тура были отобраны четыре картинки, при виде которых у всей дюжины испытуемых четко фиксировалось возбуждение нейронов в разных частях исследуемого участка коры. Далее на экран выводились одновременно два изображения, наложенных друг на друга, причем каждое обладало 50%-ной прозрачностью, то есть картинки просвечивали друг через друга. Испытуемому предлагалось мысленно увеличить яркость одного из двух образов, чтобы тот затушевал своего «соперника». При этом нейрон, отвечающий за образ, на котором сосредотачивалось внимание пациента, выдавал более сильный электрический сигнал, чем нейрон, связанный со вторым образом. Импульсы фиксировались электродами, поступали в декодер и превращались в сигнал, управляющий яркостью (или прозрачностью) изображения. Таким образом, работы мысли вполне хватало, чтобы одна картинка начинала «забивать» другую. Когда испытуемым предлагалось не усилить, а, наоборот, сделать один из двух образов бледнее, связка «мозг — компьютер» вновь срабатывала.
Возможно ли эмулировать головной мозг человека с помощью компьютерной программы, или создать компьютер аналогичный мозгу?
Пока такого аналога не существует, однако наука движется в этом направлении. Надо понимать, что хоть электронные вычислители нередко называют «мозгом» в реальности ЭВМ и мозг конструктивно не имеют практически ничего общего. Кроме того, если компьютер является творением человеческого разума и принципы его работы специалистам досконально известны и описаны до последней запятой, то до полного понимания того, что происходит под черепной коробкой, наука невероятно далека. Задача ученых, задействованных в проекте Blue Brain, профинансированном правительством Швейцарии и осуществляемым в сотрудничестве с корпорацией IBM, заключается, таким образом, не в том, чтобы создать электронного конкурента мозгу. В конце концов, многие специализированные задачи типа математических расчетов компьютер давно делает несравнимо лучше, чем наше «серое вещество». Цель проекта, в котором используется мощнейшая вычислительная техника — создать компьютерную 3D-модель происходящего внутри мозга, и затем с ее помощью проверять различные гипотезы, связанные с его работой. Мозг человека состоит из 100 млрд нейронов, а количество возможных комбинаций, могущих возникнуть при их соединении превышает число атомов во Вселенной, поэтому браться за задачу таких масштабов исследователи пока не решились. Речь идет лишь о построении модели нейронной колонки неокортекса крысы. Колонка состоит «всего лишь» из 10 000 нейронов, образующих между собой 30 миллионов синаптических связей. Модель строится на основе наблюдений за реальным мозгом, и в ней отражается индивидуальное поведение каждого нейрона. При этом мультипроцессорный искусственный «мозг» потребляет колоссальное количество электроэнергии, а потребляемая мощность мозга человека — всего 25 Вт.
Светлая голова
Стоила ли эта увлекательная игра необходимости проводить опыты над живыми людьми, тем более имеющими серьезные проблемы со здоровьем? По мнению авторов проекта — стоила, ибо исследователи не только удовлетворяли свои научные интересы фундаментального характера, но и нащупывали подходы к решению вполне прикладных задач. Если в мозге существуют нейроны (или связки нейронов), возбуждающиеся при виде Дженнифер Энистон, значит, должны быть и мозговые клетки, отвечающие за более существенные для жизни понятия и образы. В случаях, когда пациент не в состоянии говорить или сигнализировать о своих проблемах и потребностях жестами, непосредственное подключение к мозгу поможет медикам узнать о нуждах больного от нейронов. Причем чем больше ассоциаций будет установлено, тем больше сможет сообщить о себе человек.