Что мудрее всего? -
Время, оно породило одно и породит другое. Фалес Американские National Science Foundation и Department of
Commerce представили в июне 2002 года 405-страничный отчет на
тему того, что нас ждет в этом веке с развитием ряда областей прикладной науки
- "Converging Technologies for Improving Human Performance". Практиков в первую очередь заинтересует, наверное, секция C,
озаглавленная "Expanding human physical performance", хотя какую секцию не возьми, ученые там
свободно обсуждают вещи, которые лет 30 назад являлись исключительной
монополией фантастов. Мало того, как утверждают составители,
большинство из того, о чем говорится в докладе, включая такие вещи, как носимые
биодатчики, люди, соединенные в единую мыслящую структуру, неуязвимые сети
передачи данных, или прямой интерфейс мозг-компьютер, может быть достигнуто уже
в ближайшие 20 лет! В технологическом институте штата Джорджия, в Атланте, разработан
необычный робот. Он управляется не набором микросхем и программного обеспечения,
а массивом из нескольких тысяч нейронов, взятых из крысиного мозга. Такое
биоэлектронномеханическое устройство его создатель доцент Стив Поттер называет
"Гибротом" - от словосочетания "гибридный робот" (см.
фото). Свою работу над гибридным роботом Поттер начал еще в 1993 г. и успел
добиться значительных успехов. Робот состоит из серийно выпускаемого
трехколесного робота производства фирмы K-Team. По размерам и форме он больше
всего напоминает хоккейную шайбу. Для управления используется сеть из
нескольких тысяч нейронов, выращенных на подложке из 60 компактных электродов.
Нейроны были взяты из мозга эмбрионов. Электроды фиксируют испускаемые
нейронами электрические импульсы и через усилитель передают на схемы,
управляющие движением робота. Те же самые электроды используются и для обратной
связи. Сигнал со встроенного в робот фотоэлемента
через электродную матрицу поступает на нейроны. Реагируя на это воздействие,
"мозг" робота может дать команду на приближение или удаление от
источника света. Ученые постоянно наблюдают за связями нейронов и их
поведением, фиксируя малейшие изменения. В настоящее время главная цель
исследователей - научить "Гиброта" следовать за светящимся объектом.
Пока робот успешно сопротивляется попыткам чему-либо его научить. Поттер
рассчитывает решить эту проблему в течение полугода. Для этого потребуется
совершенствовать схему обратной связи, с тем чтобы
нейронная матрица могла преобразовывать входные импульсы, сигнализирующие об
уровне освещенности, в импульсы, которые направят робота вслед за источником
света. Решение этой задачи станет большим достижением в области биоэлектронных
систем. Интересно, что ученые работают и в противоположном направлении, вживляя
животным электронные устройства, имитирующие работу некоторых областей мозга.
Например, именно на крысах планируется испытывать первый в мире чип,
имитирующий работу гиппокампа - одной из наиболее изученных областей мозга,
которая отвечает за запоминание новой информации. Многие специалисты полагают,
что мы присутствуем при рождении первых видов электронной фауны, и Керри
Бернштейн согласен с этим. "Существует множество захватывающих
возможностей", - заключает он. Пионерами в области передачи
сигнала из мозга в компьютер стали ученые из Института Дюка в Северной Каролине
под руководством профессора Мигуэля Николелиса. Однако в настоящее время они не
являются монополистами в этой области - многие научные институты мира,
используя технологию Николелиса, также могут похвастаться сериями успешных
опытов по проведению сигналов из мозга в компьютер. Рой Бэкэй и Филипп Кеннеди,
например, сумели с помощью мысли управлять курсором на экране монитора. Николелис взялся за разработку
новой технологии, когда писал свою научно-исследовательскую работу вместе с
Джоном Шопеном. "Мы решили сделать то, - говорит Николелис, - что до нас
еще никто не смог сделать - мы Честь быть первым в истории
биологическим существом, чей мозг соединен с компьютером, выпала простой
лабораторной крысе. Источником мысли послужил двигательный центр ее мозга,
который ученые соединили с компьютером при помощи 48 проводов. Испытывая острую
жажду, она беспокойно передвигалась по испытательной комнате. Она нашла
предусмотренную учеными кнопку, нажала ее лапой и получила небольшое количество
воды. Так повторялось несколько раз - крыса нажимала на кнопку и получала воду,
а компьютер записывал ее мозговую активность. Но
вскоре кнопку дезактивировали, и наступила решающая фаза эксперимента. Ждать
ученым пришлось недолго: крыса быстро раскусила этот трюк - она всего лишь
подумала о нажатии кнопки - и снова насладилась прохладной водой. Ученые были
поражены не столько удачей эксперимента, сколько проницательностью крысы. Тем
не менее, все задачи, которые стояли перед этим экспериментом, были решены:
ученые сделали первый шаг к тому, чтобы постичь природу человеческого мозга,
принцип его работы, "кодировку" мысли, в перспективе изменить в корне
жизнь всего человечества. Подтверждением тому может стать
"Иллюзия боли", которую испытывают люди, потерявшие конечности. Ранее
эта загадка ставила ученых в тупик. "Мы знаем, - говорит Николелис, - что
80%-ам ампутантов кажется, что потерянная конечность все еще находится на своем
месте. Мы уверены, что быстрое преобразование мозга, которое начинается после
ампутации, может быть причиной этого явления". "Иллюзия"
может привести к удивительными последствиям: например, прикосновение к лицу
может вызвать ощущение прикосновения к ампутированной руке. Следующей целью Николелиса было
подключение искусственной руки робота к мозгу обезьяны. Переквалификация с
грызунов на приматов не случайна - их мозг больше похож на мозг человека и
превосходит мозг грызунов по размеру, что позволяет задействовать большее
количество нейронов, а значит и обеспечить более четкие и скоординированные
движения. В отличие от 48 проводов, при помощи которых соединялся с компьютером
мозг крысы, ученые при первом опыте подключения к мозгу небольшой обезьянки
использовали 96 проводов толщиной с половину человеческого волоса. Одним концом
они присоединялись к мозгу, другим - к компьютеру, который в режиме реального
времени при помощи простых математических функций моделировал движения
искусственной руки робота. Сначала движения руки не соответствовали пожеланиям
обезьяны, но постепенно она приспособилась и научилась вполне удовлетворительно
выполнять простые движения. Она обучалась точно так же, как человек учится, к
примеру, печатать на клавиатуре. Умственная деятельность была идентична той,
которую обезьяна совершала во время управления своей собственной рукой. Но
стоит отметить, что, несмотря на то, что обезьяна и получила возможность
вращать руку в трех плоскостях, пройдет еще немало времени до того момента,
когда искусственная рука сможет выполнять такие комплексные и сложные движения,
как бросок мяча, езда на велосипеде или управление автомобилем. Для большей убедительности
сигнал от мозга к руке был передан на расстояние 600 миль (около 950 км) через
интернет. Для этого была изготовлена еще одна искусственная рука, которая
находилась в Массачусетском Институте Технологий, а обезьяна осталась в
Институте Дюка, который, напомним, находится в Северной Каролине. Соавтор этого
проекта Мандаям Сринивасан восторженно отозвался по этому поводу: "Когда
мы решили передать сигнал через интернет, мы не знали, насколько существенна будет задержка. Даже через TCP/IP протокол
все работало без нареканий. Было интересно смотреть, как в моем кабинете
двигался робот, движимый мыслью обезьяны в Дюке. Будто она имела руку длиной в 600 миль".
На этом работа Николелиса не
заканчивается - самое интересное только начинается. В
ближайшем будущем он планирует перейти от крыс и маленьких приматов к большим
приматам. Причины те же, что и в случае перехода от грызунов
к маленьким приматам - они более похожи на человека, более развиты в
интеллектуальном плане, их мозг больше по размеру, что позволяет произвести
подключение с большим количеством контактов - вплоть до 1000 - и получить,
соответственно, более точные и детальные сигналы, которые позволят производить
более сложные действия. Новая серия экспериментов для разработки
устройства, полностью готового для массового использования, должна дать ученым
более детальные сведения о работе мозга, опираясь на которые они смогут
усовершенствовать электроды, электронную и механическую части устройства. В научных лабораториях для конвертации нервного импульса в электрический
сигнал используются довольно большие устройства, которые использовать в
повседневной жизни крайне неудобно - легче обойтись старыми добрыми костылями.
Поэтому команда Николелиса сейчас поглощена работой по минимализации компьютера
до размеров микрочипа размером с человеческий ноготь, который будет передавать
сигналы от мозга к небольшому компьютеру через черепную коробку. По сути - это
простой радиопередатчик. После его имплантации человек сможет ходить без
проводов в голове и без отверстий в костях черепа.
Совершенствование механической части заключается в совершенствовании
искусственных конечностей. Для разработки нового варианта руки Николелис уже
связался с английским производителем протезов, который, в свою очередь,
предлагает сразу после изобретения каждого прототипа протеза тестировать его на
обезьянах, чтобы быть уверенным в пригодности его устройств
для такого рода деятельности. Вероятно, в ближайшем будущем будет
налажено серийное производство систем для обездвиженных людей, которые будут
компактными, легкими, прочными, портативными, противоударными,
водонепроницаемыми, - в целом, они будут доведены до потребителя не меньше, чем
сотовые телефоны и цифровые фотоаппараты. "Это область повседневности, а
не наука ни в одном из ее проявлений" - отзывается Мигуэль Николелис. Но все эти задачи являются относительно простыми. Перед учеными стоит еще
одна, действительно важная и сложная проблема. Она заключается в создании
систем замкнутого цикла с полной обратной связью, то есть систем с принципами
работы настоящей руки с нервной системой. Мозг не только отдает команды на
выполнение какой-либо задачи. В таком случае он просто не знал бы, совершила ли
рука какое-либо действие и совершила ли она его правильно. "Рука не только
получает команды, - говорит Сандро Мусса-Ивалди из Института северно-западной
медицинской школы, - но и отсылает информацию в мозг о том, что она выполнила
нужное действие". В нашем организме контроль за
выполнением (а, следовательно, и возможность корректировки) команд мозга
выполняется двумя путями - визуальным (с помощью зрения человек видит движения
своей руки) и осязательным. При нынешних искусственных предметами
с помощью мысли. Спустя несколько десятилетий ряд таких научных открытий, как
изобретение телефона, телевизора, транзистора и компьютера, несомненно,
пополнится еще одним - объединением биологии и электроники .
"Эксперимент американских
ученых - это потрясающее достижение! - прокомментировал по нашей просьбе данное
сообщение член-корреспондент РАМН, специалист в области клеточной медицины
Вадим Репин. - Эти исследования могут существенно облегчить мучения
парализованных людей. Мозг у таких пациентов часто работает нормально, но связи
нервных клеток с мышцами губ и языка оказываются прерванными". Другими словами, речь идет о том, что если мозг парализованного человека
подключить непосредственно к компьютеру, то импульсы от головного мозга будут
поступатьпрямо в мышцу, минуя спинной мозг. "Система, позволяющая
парализованным людям выполнять несложную работу, может быть создана уже скоро,
- считает доктор Рой Бакай из госпиталя в Чикаго, который работает над тем,
чтобы парализованные люди могли управлять курсором компьютера при помощи
вживленного в мозг имплантанта. - Думаю, уже в следующем десятилетии появится
прибор, который позволяет парализованным людям совершать простейшие действия,
например, переключать телевизионные каналы. А в
следующие несколько десятилетий они смогут вставать и передвигаться
самостоятельно". Рой Бэкэй и Филипп Кеннеди начали свои эксперименты по передаче мысли еще
в 1990 году, работая в Чикаго. Несколько лет спустя они переехали в Атланту, где работали в Университете Эмери,
а в 1996 году они, добившись некоторых успехов, получили разрешение от
Администрации по санитарному контролю США на проведение двух экспериментов с
участием человека. Первый опыт оказался неудачным, и женщина, принимавшая в нем
участие, вскоре скончалась из-за тяжелой формы болезни Лу Генриха. На второй
раз ученым повезло больше. Джонни Рей, 63-летний художник и музыкант,
парализованный в 1997 году из-за травмы ствола головного мозга, принял участие
в удачном практическом опыте над человеком в 1998 году. Его мозг соединили с
компьютером через обычный USB-интерфейс. Рэй должен был
думать о выполнении простых движений - о поднятии руки и т.п. Нервные импульсы,
соответствующие этим движениям, могли быть запрограммированы, например, на
управление курсором. В целом, он обучался примерно также, как
и обезьяна в Институте Дюка, и после тренировок он смог на подсознательном
уровне управлять курсором, печатать и даже генерировать музыкальные сигналы.
Когда Бэкэй и Кеннеди спросили у него, что он чувствует, он медленно написал
"ничего". Для дальнейшего продолжения экспериментов, Национальный
Институт Здоровья в прошлом году выделил ученым $1,1 миллиона долларов. Электронные имлантанты могут использоваться для расширения сенсорики
человека и увеличения "числа чувств". Сейчас проходят испытания
имплантантов сетчатки глаза (пока это ранняя стадия экспериментов), уже
применяются имплантанты, стимулирующие нервные окончания в среднем ухе, что
позволяет вернуть слух глухим. В этом случае звук воспринимается микрофоном,
обрабатывается компьютером вне тела и передается на имплантант. В многочисленных лабораториях ученые разных стран мира пытаются понять,
как клетки человеческого мозга обрабатывают и передают информацию, каким
образом они взаимодействуют друг с другом. Подобная работа требует кропотливого анализа огромных массивов данных,
но, рано или поздно, эти знания позволят хирургам использовать искусственные
имплантанты для лечения повреждений мозга. Чтобы помочь пациентам с неврологическими проблемами, в мозг вживляют
электрод, на который подаются импульсы с внешнего устройства, крепящегося на
шее. Таким образом ученые пытаются справиться с
эпилепсией, навязчивыми неврозами, нервными тиками. Планируется также
использовать данную технологию для лечения депрессии, анорексии, ожирения, различных пагубных привычек. Обычно вживление в мозг электродов сравнивают с применением
кардиостимуляторов, поддерживающих сердечный ритм - устройствами, которые уже
показали себя достаточно хорошо. Стоит также вспомнить про разработки, которые относятся уже к пройденному
этапу. Так несколько лет назад компания Optobionics объявила о первой успешной
операции по вживлению искусственной сетчатки глаза. Удивительно, что
миниатюрный полупроводниковый элемент, который и служит сетчаткой, не нуждается
в питании - энергия для преобразования в нервные импульсы приходит с самим
светом. Исследования проходят также в области возвращения слуха людям,
страдающим глухотой. Подобные эксперименты с мозгом не новы. Еще в 60-ых годах исследователи
Госпиталя общей хирургии при Массачусетском университете экспериментировали с
имплантацией электродов в мозг для лечения эпилепсии. Их цель состояла в том,
чтобы выявить области мозга, ответственные за заболевание, и путем нагревания
электродов прижечь мозговые ткани. Результаты оказались довольно
обнадеживающими. Сегодня ученые значительно продвинулись в понимании функций мозга.
Аналитики полагают, что хорошо финансируемые исследования в данной области
могут, в конечном счете, привести к различным попыткам найти
способы эффективного влияния на поведение человека. Достижения науки можно
использовать для устранения мозговых нарушений и лечения заболеваний мозга, для
помощи. С другой стороны, это открывает пути к управлению поведением, что
представляет определенную угрозу. В 1268 году от Рождества Христова английским философом Роджером Бэконом
было упомянуто первое использование прозрачных кристаллов для помощи людям со
слабым зрением. Попросту говоря, Бэкон описал изобретение очков - ставших
первым инструментом, использованным человеком для усиления своих органов
чувств. Второе крупное изобретение в этой области отстоит от первого на семь
сотен лет. В 1945 году сотрудник Массачусетского технологического института (MIT)
Ванневар Буш, опубликовал статью, в которой описал придуманное им устройство
под названием Memex. В те времена в вычислительной технике доминировали
многотонные электромеханические гиганты, и идея ученого казалась
фантастической: Memex должен был стать персональным автоматическим
устройством, призванным служить человеку в качестве помощника,
<расширяющего> его память. Храня в памяти устройства свои заметки,
телефоны, книги и пр. пользователь мог рассчитывать на то, что Memex
упростит и ускорит работу с этим огромным объемом информации. По всем
признакам, Memex был прототипом настольного персонального компьютера, однако, историки
склонны считать это устройство родоначальником другого класса - носимых
компьютеров (wearable computers), универсальных помощников
человека, к которым, кстати, относились и описанные Беконом очки. Все дело в
базовом принципе Memexа - расширении памяти
пользователя (более известном под английским термином augmented memory).
Этот принцип стал одновременно и базовым принципом всей идеологии носимых
компьютеров - помощи человеку в его каждодневных и ежеминутных нуждах. Впрочем, сегодня очень многие компьютеры предназначены для ношения
пользователем - ноутбуки, наладонники, карманные ПК. Стоит ли вообще выделять
такой класс вычислительной техники, как носимые компьютеры? Специалисты отвечают
на этот вопрос положительно. И вот почему. Попробуйте проанализировать, как
именно используются сегодняшние портативные компьютеры. Большую часть времени
они проводят в выключенном состоянии или состоянии ожидания - до того момента,
пока пользователь не соизволит извлечь своего цифрового помощника из портфеля
или пиджака, включить и задействовать его. Поэтому точнее будет назвать все такие машины переносными. Главное же
отличие носимых компьютеров (условимся называть их НК) - в постоянной
активности. Строгое определение НК гласит, что такой компьютер
во-первых, должен быть столь же необременительным для пользователя, сколь и
элементы его одежды, а во-вторых, взаимодействовать с человеком в зависимости
от контекста складывающейся ситуации. Попросту, носимый компьютер должен жить
вместе со своим пользователем, работая в качестве нового органа чувств (или
<расширителя> тех, что уже имеются), доставляя при этом минимум
неудобств. Естественно, что главной задачей для архитекторов такой техники
стало построение интерфейса. Человек не может позволить себе таскать огромный
монитор и громоздкое устройство для ввода информации. Слишком опередивший свое
время Memex остался на бумаге, но прогресс неудержим - и
определившись с задачей, компьютерные исследователи сравнительно быстро создали
все основные элементы, необходимые для построения интерфейса носимых
компьютеров. В 1966 году был сконструирован первый
закрепляемый на голове компьютерный дисплей: устройство это, выполненное Bell Helicopter, состояло из двух стационарных ЭЛТ-мониторов,
изображения с которых через систему зеркал проецировалось в глаза пользователя.
Интересной деталью этой разработки являлось то, что поворот головы пользователя
отслеживался автоматически, благодаря чему можно было изменять изображения,
подаваемые на мониторы, создавая иллюзию погружения в виртуальную реальность.
Несмотря на явную псевдомобильность такого решения,
именно по этому пути позже шли создатели носимых устройств отображения
информации. А всего через два года Дугласом Энгельбартом была
продемонстрирована клавиатура для работы одной рукой. Разработка, бывшая частью
компьютерной системы под названием NLS, стала родоначальником т.н.
аккордных клавиатур (chorded keyboard): в ней каждая клавиша
обладала несколькими значениями, а выбрать правильное должен был сам компьютер
(это во многом похоже на ввод текста в современных мобильных телефонах). Начало следующего этапа в эволюции НК знаменовал выход в 1989 году на
массовый рынок головного дисплея Private Eye от
компании Reflective Technology. Он обладал
монохромной LED-матрицей (с
электромеханической разверткой - изображение формировалось быстро колеблющимся
зеркальцем) с разрешением 720х280 и хорошо подходил для отображения текста. Именно с использованием этой
разработки выполнялись многие экспериментальные НК 90-х годов. Нынешние модели
носимых дисплеев во многом похожи на Private Eye,
отличаясь лишь типом системы отображения и дизайном. Напоминающие в большинстве
случаев гипертрофированные очки, такие дисплеи основаны на жидкокристаллических
панелях (но до сих пор производятся и ЭЛТ-продукты), с графическим разрешением
несколько ниже или эквивалентным стандарту VGA. Линейные размеры экранов в
них невелики (единицы сантиметров), но благодаря вспомогательной оптической
системе (а попросту - нескольким линзам), изображение проецируется на сетчатку
глаза - и ощущение, возникающее у пользователя, эквивалентно тому, как если бы
перед ним установили огромный проекционный монитор. Так,
используя CyVisor, человек ощущает себя сидящим
в паре метров от 44-дюймового экрана. Если с момента описания Memex и вплоть до появления первых массовых носимых компьютеров, устройства
этого класса были ориентированы на реализацию лишь одного принципа - уже
упомянутой нами augmented memory - то теперь пришло время развить идеологию универсальных цифровых
помощников, распространив ее не только на память, но и на все восприятие
человеком окружающего мира. Теоретические и практические работы в этом направлении неразрывно
связаны всего с одним именем - Стивом Манном из MIT. Стив Манн (Steve Mann) - настоящая легенда мира
носимых компьютеров. Свои первые разработки в этой области он выполнил еще
студентом в 70-х годах (собственноручно создав фантасмагоричный - но работающий
- НК для помощи в проведении фотографических съемок). Он был в первых рядах
исследователей, проверявших на практике самые смелые идеи - жизнь в постоянном
контакте с носимым компьютером и кинофильм про нее, очки-дисплей
и голосовой интерфейс для опосредованной реальности (мы вспомним об этом ниже),
интеграция НК в одежду, и многое другое. Фактически, мимо его внимания не
прошло ни одно направление в этой области. Он продолжает работу над новыми
проектами и сегодня, и тем более ценны его взгляды на эволюцию носимых
компьютеров. Разработанная Манном классификация выделяет четыре основных
поколения этих устройств. Согласно ей усилия исследователей, работавших над
носимыми компьютерами первого и второго поколений (вплоть до начала 90-х), были
посвящены главным образом миниатюризации электронных компонентов, снижению их
энергопотребления, а также преодолению негативного отношения со стороны
общества - считавших энтузиастов НК сперва просто
сумасшедшими, а потом буйными фантазерами. Но, пожалуй, еще более важным
является то, что первые два поколения носимых компьютеров (именно ко II поколению
следует отнести все носимые компьютеры, производимые сегодня массово) были
предназначены для решения только одной задачи - расширения памяти человека.
Главный принцип их работы остался неизменным со времен Memex: облегчить и ускорить доступ к
огромным массивам информации. И самое интересное только начинается: в настоящее
время исследователи завершают работу над формированием облика третьего
поколения НК. Представители этого класса устройств ориентированы на решение более
сложной задачи, названной - с легкой руки Манна - опосредованной реальностью (mediated reality). Устройства же четвертого поколения должны стать идеальными
инструментами, которые наделят человека опосредованным восприятием (mediated perception). Впрочем, обо все по порядку. Для того, чтобы понять, что такое опосредованная
реальность, достаточно вспомнить картинки из первой серии «Терминатора»: когда
робот видел не просто окружающий его мир, но и одновременно полезную информацию
о тех предметах, что удалось распознать его компьютерному мозгу. Совершенно так
же выглядит она и в понимании энтузиастов носимых компьютеров. Представьте себе
механизм восприятия вами окружающего мира. Человек использует свои органы
чувств как устройства для сбора информации, поступающей от внешних источников,
а головной мозг - в качестве процессора, обрабатывающего собранные данные и на
основе этого формирующего ощущения и реакции. А
представив эту цепочку, попытайтесь добавить к ней параллельное звено -
компьютер. Например, между внешним миром и органами чувств. Получая информацию
параллельно с человеком, компьютер получает возможность Но, упомянув про аудиовизуальное взаимодействие, не забыли ли мы о других
органах чувств? Ведь их у нас целых пять. Проблема в том, что обрабатывать инфор-мацию, которую человек получает посредством осяза-ния,
обоняния и вкусовых рецепторов, нынешние технологии не в состоянии. Однако
заглянуть в будущее и попы-таться представить, как
будет выглядеть компьютер такого уровня нам никто запретить не может. Тем более, что эту тропинку уже давно топчет знакомый нам Стив Манн.
Именно вычислительные устройства, способные работать параллельно со всеми
органами чувств человека, эффективно дополняя их по мере надобности, отнесены
им к носимым компьютерам четвертого поколения. Именно они смогут наделить
человека способностями mediated perception. Совершенно очевидно, что разработка технологии прямой передачи сигнала из
компьютера в человеческий мозг теснейшим образом связана с развитием
компьютеров III и IV поколения. Увы, пока люди
находятся лишь на подступах к этой высокой горе, но перспективы здесь поистине
колоссальны. Всемирно известный британский физик и писатель Стивен Хоукин включился в
дебаты вокруг генной инженерии и порекомендовал человечеству усовершенствовать
себя, чтобы сохранить превосходство над компьютерами и искусственным
интеллектом. Он высказался за создание прямых связей между мозгом человека и
компьютерами. "Мы должны как можно быстрее разработать технологии, которые
бы позволили создать прямую связь между мозгом и компьютером так, чтобы
искусственный интеллект помогал человеческому разуму и находился от него в
зависимости, а не наоборот", - полагает Стивен Хоукин. Один из ведущих учёных в области кибернетики, профессор Кевин Уорвик ( в 1999 году вышла в свет его нашумевшая книга
"Наступление машин") имплантировал себе чип, став своеобразным
симбиозом с собственным компьютером. Компьютер, например, читает профессору
электронную почту, когда тот только входил в кабинет. Раз
"породнившись" с компьютером, Уорвик думает о развитии столь
полезного альянса. Он уже разработал проект взаимосвязи нервной системы
человека с мозгом компьютера. Уорвик мечтает о мысленной связи через Интернет,
когда большую информацию можно будет передать и осмыслить за секунду. Остро
стоит вопрос: может ли мозг обрабатывать новые чувственные восприятия, понимать
сигналы, принятые от компьютера? В перспективе Уорвик хочет создать непосредственную ментальную связь между
человеческим мозгом и компьютером. Если машина научится читать наши мысли, нам
не понадобится клавиатура у компьютера и руль в автомобиле. Мы сможем
передавать мысли напрямую от человека к человеку. Нечто вроде телепатии, но с
помощью техники. Бесконтактный способ
непосредственного взаимодействия мозга с компьютером основан на регистрации
потенциалов коры. Пару миниатюрных электродов (размером с контактную линзу)
закрепляют поверх головы пациента, над двигательным ее разделом (motor cortex).
Способ более надежен, поскольку другие виды сигналов, такие как альфа-волны, не
всегда удается выделить из сигнала электроэнцефаллографа. Исследователи (группа Нильса Бирбоймера, Тюбингенский университет,
Германия) обучили пациентов, которым угрожает общий паралич, мысленно управлять
курсором. Изменение потенциала коры преобразовывалось в перемещение курсора
(вверх или вниз). В каждом сеансе, когда исследователи увеличивали потенциал (slow cortical potential), пациент стремился направить курсор к цели. После этого пациентов научили выбирать буквы из алфавита. Испытуемый
указывал на одно из двух окон, содержащих половину алфавита. Затем выбранное
окно делилось пополам и так далее. На каждый этап уходило 4 секунды - первые
две на получение базового потенциала коры, а затем еще две на перемещение
курсора. В начале и конце активной фазы звучал сигнал различной частоты.
Написать короткое сообщение удавалось за полчаса. Недавно корпорация Microsoft объявила о выпуске бета-версии
новой операционной системы Windows TP (telepathic - телепатическая). С помощью
нового языка программирования MS C for Neurons (Си для нейронов) компании
удалось отказаться от вызывавшего нарекания пользовательского интерфейса и
обеспечить прямое взаимодействие компьютера с человеческим мозгом. С помощью
виртуального устройства MindMouse пользователи могут
визуализировать в своем сознании графические изображения значков и кнопок,
чтобы усилием мысли запускать нужные виртуальные приложения. Новый интерфейс
позволяет отказаться от клавиатуры и записывать мысли непосредственно в любое
приложение Windows. Разумеется, Windows TP полностью совместима с
предыдущими версиями ОС Windows. Хранящиеся в Windows TP данные можно записывать в кратковременную память
пользователя (Windows TP Clipboard) или долговременную память с
помощью 64-разрядной технологии Direct Neuron Access (прямой доступ к нейронам).
Затем пользователь может подключиться к другой системе Windows
TP и переслать
полученные данные в память другого компьютера. Первым приложением, разработанным специально для Windows
TP, стала почтовая
система CyberMail, позволяющая передавать сообщения усилием воли.
Пользователю достаточно вообразить нужного человека или логотип компании, чтобы
высказать все, что он думает. Сама идея прямой взаимосвязи мозга и компьютера отчасти уходит корнями в
"поп-философию". Первым в этом ряду, видимо,
следует назвать канадского социолога, культуролога, публициста Маршалла
Маклюэна. В 1962 г. вышла его первая книга, шировещательно названная
"Галактика Гутенберга". Затем последовали другие книги. В центре внимания Маклюэна - средства коммуникации в обществе,
<масс-медиа>. В этом понятии он объединил весьма разнообразные явления:
дороги, деньги, язык, письменность, науку, телевидение, компьютеры и так далее.
Все, что способно как-то связывать людей в обществе - все это
"масс-медиа". И основная мысль: новые технологические средства
информации и связи радикально изменяют само восприятие мира человеком, его
<сенсорный баланс>, трансформируют психику и общественную организацию
людей. Подводя итог всему материалу можно выделить несколько главных мыслей.
Данный материал был собран и упорядочен с одной главной целью: показать
современные разработки в области прямой передачи сигнала из мозга в компьютер и
возможные применения такой технологии в будущем. Сухо рассматривая факты, можно
заметить основные направления в развитии современной междисциплинарной области
науки - слияния электроники и биологии. Это, с одной стороны, медицина, где
очень важным является передача сигнала в двигательные нейроны (восстановление
ампутированных или парализованных конечностей), а также проблемы возвращения
потерянного слуха, зрения и т.д.; с другой стороны, это развитие
комуникационных и интернет-технологий( прямая передача
текста, изображения, звука в мозг). Оба направления весьма перспективны как с практической, так и с научной точек зрения. Видимо, в обоих
случаях следует ожидать в ближайшее время прорыва в исследованиях и в
воплощении разработанных технологий в жизни. Помимо этих двух главных направлений безусловно есть множество других. Среди них:
возможность поставить на совершенно другой уровень проектирование систем
виртуальной реальности, использование прямой передачи сигнала из мозга в
компьютер в военных целях ( среди них безштурвальное
управление самолётов), а также внедрение подобных технологий в космосе. Главных аспектом исследований
является проблема обратной связи мозга и внешнего устройства, т.е. возможность
распознавания и обработки мозгом сигналов, приходящих от внешнего устройства.
Кроме того сами принципы работы нейронов ещё не до
конца ясны и, возможно, скоро могут быть сделаны новые открытия, лучше
освещающие эту проблему. PS : Интересно, что в последнее время широко распространено псевдонаучное мнение
о том, что сам мозг является неким био- или, как его
ещё называют, электро-коллоидным компьютером. Эта тема волнует современных
людей - не удивительно, современная наука не только перешагнула область
фантастических книг середины ХХ века, но и затронула проблемы религиозного и
глубоко социального плана. Здесь хочется вспомнить идеи Зигмунда Фрейда. Он
считал, что человеку свойственно подпитывать своё самолюбие, что часто приводит
к ошибочному пониманию мира вокруг и происходящего в этом мире. Фрейд полагал, что три основнывных удара по мировоззрению людей, в
котором огромную роль играет бессознательное и предсознательное (по Фрейду:
бессознательное представляет собой ту часть психики, где сосредоточены
бессознательные желания; предсознательное - это разумное Я человека, память,
мышление; область сознания Фрейд связывал в основном с восприятием внешнего
мира), были нанесены Галлилеем, Дарвином и самим Фрейдом. Здесь просматривается прямая параллель с вышеобозначенными идеями. Стоит
напомнить: ещё Декарт, чья жизнь пришлась на пик развития идеи
"механистической картины мира", отождествлял животных с механическими
машинами (про людей сказать это ему не позволили религиозные мотивы). Быть
может, такие взгляды не так далеки от реальности, как это может показаться на
первый раз... Старший технолог компании
IBM Керри Бернштейн (Kerry Bernstein) был изумлен техническими перспективами,
связанными с использованием в компьютерах принципов работы человеческого мозга.
Любопытство не давало ему покоя на протяжении пяти лет, в течение которых он
частенько обсуждал интересующие его вопросы со знакомым нейрохирургом. Мартин
Беднар (Martin Bednar), в то время руководивший нейрохирургическими
исследованиями в университете Вермонта, объяснял ему принципы работы нейронов и
мозга в целом. А Бернштейн, в свою очередь, просвещал Мартина в транзисторах и
процессорах. Обоих поразил тот факт, что физические принципы, лежащие в основе
работы и мозга, и компьютера, одни и те же. Его беседы с Мартином
Беднаром привели к сотрудничеству электронщиков с нейрохирургами. Специалисты в
области мозга стали сообщать о своих работах в IBM, а Бернштейн каждый год
делает доклады на конференции нейрохирургов. "Это приносит обоюдную
пользу, - говорит Бернштейн. - Мы черпаем идеи у мозга и применяем их уже
непосредственно при проектировании микропроцессоров". Изучение принципов
работы мозга позволило повысить характеристики печатных плат. Оно привело к
появлению методики квантовых вычислений и использованию нейронной архитектуры в
компьютерных чипах. Нейрохирурги, в свою
очередь, узнают, как с помощью компьютера можно усовершенствовать хирургию
мозга. Роботы, нанотехнологии и визуализация предоставляют возможность увидеть
части мозга, позволяя планировать операции и определять методики их проведения.
"Где-то десять лет назад стало очевидно, что
компьютерные технологии становятся крайне важным орудием труда в нашей области,
так что нам нужно иметь представление о перспективах применения
компьютеров", - говорит доктор Иссам Авад (Issam Awad), глава отдела нейрохирургии
университета Колорадо. Используемые материалы: • Журнал "Компьютерра" •
Переодическое интернет-издание <Аномалия> •
Научно-популярный интернет-журнал < Membrana > • Интернет газета Интернет-сайты: • New
Scientist. com • Futura.ru • Scientific
American.ru • Vokruginfo.ru
Чем же могут похвастаться уже
существующие hi-tech технологии? 
Идея взаимодействия мозга человека и компьютера
заключается в прямой трансляции нервных импульсов человеческого мозга в форму,
понятную компьютеру. Принципиальной разницы с передачей команд роботу нет, но
открываются много различных перспектив. Основная - помощь людям, которые по той
или иной причине не могут использовать стандартные средства взаимодействия
между человеком и компьютером/роботом. Предполагается вживление некоторого
количества микропроводников в различные двигательные центры мозга, которые
затем будут соединены с нейрочипом, имплантированым в череп. Человек с подобным
устройством сможет просто представляя различные
движения управлять другим устройством, например, инвалидной коляской.
В принципе, таким же образом
можно управлять роботизированной рукой/ногой или даже своей собственной, если
это невозможно из-за различного рода повреждений нервной системы. Прототипы
подобного устройства уже существуют. Возможно, всего через несколько лет мы
откажемся от клавиатур, мышей и других "каменных топоров" нашей
эпохи. 
решили разработать технологию,
которая позволит записывать активность большого числа нейронов
одновременно". По сути, они попытались соединить мозг (именно мозг, а не
единичный нейрон) с компьютером и считывать человеческую мысль из
первоисточника. Этот метод лег в основу интерфейса между человеческим мозгом и
компьютером. Смелая инициатива ученых была с восторгом принята в Национальном
Институте Здоровья и Управлении Перспективных Исследовательских Программ,
оказавших материальную помощь специалистам.
Однако не все было так удачно,
как этого хотели ученые: их первые опыты оказались неудачными по причине гибкой
природы нейрона. Его нельзя "спаять" с электродом или хотя бы
"прицепить" к электроду. Можно только прикоснуться, но это
исключается, поскольку нейрон постоянно меняет свое месторасположение, и
электрод не только теряет с ним контакт, но и проваливается в глубь
желеобразной массы головного мозга, нанося ему повреждения. Только энтузиазм
Николелиса и его коллег помог найти выход из этой ситуации. Ученые заметили,
что тефлон обладает свойством стимулировать рост нейронов в свою сторону. После
того, как они покрыли тефлоном поверхность конусообразных электродов, нейроны
начали сами перемещаться к ним. В таком случае контакт между электродом и
нейроном оказывается не хуже, чем между самими нейронами. Это открытие
завершило разработку технологии, которую Николелис назвал
"мульти-нейронной записью". 
Во время самых первых своих опытов ученые совершили
несколько научных открытий, притом революционных и опровергающих прежние
теории. Например, раньше считалось, что мозг отчасти напоминает микропроцессор,
и каждый нейрон представляет собой минимальную структурную
единицу мозга, выполняет всегда одну и ту же функцию и жестко связан с другими
нейронами. Также считалось, что мозг практически не меняется со временем.
Однако простой анализ наблюдений ученых показал, что он является едва ли не
противоположностью микропроцессору - один нейрон всегда выполняет разные
действия, входит в разные цепи нейронов, постоянно меняет связи с остальными
нейронами, может выполнять одно действие как самостоятельно, так и в
совокупности с остальной популяцией мозга. Было доказано, что мозг меняется
каждые доли секунды; каждые доли секунды он реагирует на внешнее воздействие,
приспосабливается к новым условиям жизни, которые на самом деле для мозга меняются
постоянно - их изменяет и малейшее воздействие на органы чувств и даже самый
незначительный мыслительный процесс. Можно сказать, что все ранее утвержденные
предположения о работе мозга были на корню неверными.
В первую очередь разработки
ученых должны помочь парализованным людям вновь обрести возможность
передвижения. Недаром Николелис восторженно отзывался еще по поводу своей удачи
в первых опытах: "Что могут делать крысы, то могут делать и люди, а это
дает парализованным людям просто-таки экстраординарные возможности".
Именно помощь обездвиженным людям, а не научные цели, является главной целью
работы команды ученых из Северной Каролины. Уже сегодня они могут подключить их
мозг к инвалидному креслу с электродвигателем, но, естественно, конечной целью
является полное восстановление подвижности человека.
Ученые также отметили, что их
устройство можно использовать в образовательных целях. Например, обезьяну с
рукой робота, управляемой мыслью, можно использовать в образовательных целях: с
ее помощью можно наглядно подтвердить теорию, выдвинутую учеными при самом
первом опыте с крысой, теорию об изменчивости человеческого мозга. Обезьяна
сначала практически не умела управлять рукой, но с течением времени она
научилась это делать. Ученые могут каким угодно образом поменять соответствия
между нервным сигналом и движением руки, например, они
могут инвертировать движения (движение влево станет движением вправо) или
случайно расставить их, например, чтобы вместо поднятия руки, она повернулась
влево. Непосредственно после этого рука обезьяны не будет подчиняться ее мозгу,
движения не будут согласоваться, но вскоре мозг снова расстановит нужные
соответствия, поменяв для этого свою структуру и Мигель
Николелис снова. Примерно то же самое может испытать человек, если при движении
компьютерной мыши вверх курсор будет двигаться вниз и т.п. "Устройство
позволяет понять основные принципы работы головного мозга, - говорит Николелис,
- например, мы использовали нервные импульсы для управления искусственной
рукой, и теперь мы можем изменить параметры визуальной или сенсорной
(осязательной) обратной связи и увидим, как мозг к ней приспосабливается".
Это в очередной
раз показывает, насколько гибок человеческий мозг - он приспосабливается не
только ко всем естественным действиям (к физическим упражнениям, к речи, к
письму, к печати и т.п.), но и к искусственным, которые природой совершенно не
предусмотрены, например, управлению искусственной рукой на подсознательном
уровне.
Также была отмечена еще одна немаловажная деталь - мозг планирует все свои
действия заранее, в случае с обезьяной можно было узнать о ее
намерении совершить какое-либо конкретное действие за несколько десятых
долей секунды до его выполнения.
системах мозг получает только
зрительную информацию. Ученым необходимо восполнить этот пробел и воссоздать не
только искусственную сеть нервных клеток на всей поверхности руки, но и
соединить их с мозгом таким образом, чтобы они были понятны для мозга (впрочем,
здесь можно положиться на способность мозга к изменению - с помощью зрения он
будет корректировать нервную систему руки).
Изобретения Мигуэля Николелиса призваны не только кардинально изменить жизнь парализованных
людей, но и жизнь человечества в целом. Он смог сделать реальным то, что всегда
казалось фантастикой (и не перестает ей казаться даже в настоящее время) -
управление
обработать ее и почти в тот же
момент предоставить пользователю готовый результат. Конечно, для этого компьютер
должен быть наделен инструментами, позволяющими собирать информацию - в
простейшем случае, это может быть видеокамера и микрофон. Именно так действует
один из носимых компьютеров Манна - использующий видеокамеру для распознавания
образов окружающего мира и дополнения их связанной по смыслу информацией.
Пользователь такого НК, обращая внимание, например, на витрину продуктового
магазина, увидит рядом с ней синтезированное компьютером напоминание о
необходимости купить хлеба. Устройства ввода/вывода информации, и сам компьютер
должны встраиваться в детали одежды, либо стилизирваться под другие элементы
облачения современного человека.
Конечно, понятие опосредованной реальности не ограничивается только лишь
обработкой визуальных образов. Точно так же могут подвергаться преобразованию и
звуки. Кроме того, раз уж компьютер получает в свои "руки"
инструменты восприятия окружающего пространства, это дает возможность
построения новых интерфейсов, основанных, например, на жестах. Пользователь может
указывать машине на интересующие его объекты или управлять виртуальными
элементами при помощи простого движения руки, которое будет отслежено и понято
компьютером. Такие работы успешно ведутся многими исследовательскими группами
(в частности, из IBM). Все вместе это составляет облик носимых
компьютеров III поколения, переход которых в коммерческую стадию,
вероятно, следует ожидать уже в ближайшие годы.
Опосредованное восприятие - всего лишь логическое развитие опосредованной
реальности, когда компьютер обретает возможность оккупировать все органы чувств
человека - причем не только в смысле помощи в их работе, но, возможно, и в
смысле полного замещения. В этом случае компьютер получает
право модифицировать поступающую извне информацию по своему усмотрению иногда
пропуская часть ее к человеку, но чаще полностью замещая на результаты
своей работы. Такой переход должен произойти по простой причине постоянного
стремления человека к расширению круга задач, решаемых компьютерами, а также
возрастающих требований к удобству использования машин. Но в то же время это
может привести и к вытеснению синтетических материалов биологическими.
По мнению Манна, НК III поколения вполне могут быть основаны на
биологических процессорах - легко интегрируемых в живые ткани, или даже
выращиваемые внутри них.
Все эти перемены открывают совершенно фантастические перспективы - объединенный
с организмом человека компьютер может управляться и выдавать результаты своей
деятельности через прямое взаимодействие с головным мозгом и сознанием
пользователя. Управлять курсором, выбирать интересующие объекты человек сможет
простым усилием мысли. В свою очередь, обработанные данные будут подаваться
прямиком на нервную систему, минуя собственно органы чувств.
Помимо повышенных удобств для обычных пользователей,
носимые компьютеры III поколения помогут людям с нарушенным восприятием
обрести пусть не полноценную, но качественную замену своему зрению, слуху или
обонянию. 