Каплан Александр Яковлевич

Александр Каплан: «Мы создали сверхнадежный нейрокоммуникатор»

Александр Яковлевич Каплан

Доктор биологических наук, психофизиолог, профессор кафедры физиологии человека и животных, заведующий лабораторией нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов биологического факультета МГУ им. Ломоносова. Лауреат Государственной премии Правительства РФ, разработал первые в России нейрокоммуникаторы.

—​ Александр Яковлевич, что же такое нейрокоммуникаторы?

— Есть такой метод, хорошо известный в медицине, имеется почти в каждой поликлинике, называется электроэнцефалография. Он позволяет регистрировать электрическую активность мозга (ЭЭГ) прямо с кожной поверхности головы. Очень удобно: ставите электроды на голову, через усилитель потенциалов соединяете с компьютером и наблюдаете на экране кривые, отражающие жизнь мозга. Этот метод используется для диагностики разного рода заболеваний, эпилепсии, опухолей. Мы занимались этим довольно долго, но в какой-то момент стало интересно, почему бы электрические сигналы мозга не ввести в компьютер для управления клавиатурой?

Александр Каплан / ©Википедия

Останется только научиться распознавать в ЭЭГ моменты, когда человек намерен напечатать ту или иную букву, и тут же передавать эту команду на клавиатуру. Получится нейрокоммуникатор: буквы набираются мысленными усилиями без помощи голоса и рук, напрямую от мозга! Напрашивается и применение этой технологии: для налаживания коммуникации с пациентами, которые лишены речи и движений, например после инсульта. Такой нейрокоммуникатор поможет не только буквы набирать, но и нажимать на клавиатуре кнопки-команды: вызов медсестры, включение/выключение телевизора и т. д.

Пациентке проводят электроэнцефалографию / ©Simptomyinfo

В нашей лаборатории мы довели надежность работы такого коммуникатора до 95%, т. е. печатая мысленными усилиями, человек делает всего 5% ошибок. Правда, под словом «расшифровка» скрывается довольно остроумный алгоритм. Пользователь нейрокоммуникатора не просто сидит за компьютером – ему на экране демонстрируют матрицу, в каждой ячейке которой нарисована буква или какой-то символ.

Все ячейки в случайном порядке, но последовательно очень быстро подсвечиваются – 5-6 раз в секунду. Одновременно закрепленными на затылке электродами регистрируется ЭЭГ зрительных областей мозга. Вот в этой записи компьютерными методами можно обнаружить реакции на подсветку каждой буквы. Реакции все разные, но не потому что буквы различаются, просто в каждый момент мозг реагирует по-разному даже на один и тот же сигнал. Но физиологический фокус заключается в том, что если человек фокусирует свое внимание на какой-то букве, то реакция на подсветку именно этой буквы будет отличаться от реакции на все остальные буквы. Таким образом, нейрокоммуникатор детектирует фокусы внимания человека к конкретным символам на экране компьютера и передает на печать. Никакой мистики!

Александр Каплан во время работы / ©МГУ

— То, о чем вы рассказываете, очень помогло бы, наверное, такому известному ученому, как Стивен Хокинг…

— Стивен Хокинг давно пользовался коммуникатором, правда, этот коммуникатор декодировал сигналы не мозга, а какой-то выделенной для этих целей мышцы. Напрягая сигнальную мышцу в большей или меньшей степени, Хокинг с помощью такого коммуникатора набирал тексты всех своих книг. В любом случае мышцами управлять человеку гораздо привычнее, чем реакциями мозга. И процесс дешифровки мышечного сигнала попроще, чем мозгового. Потому и быстродействие мышечного коммуникатора выше, чем нейрокоммуникатора, в котором выбор одной буквы занимает 5–6 секунд.

Правда, по неофициальным сведениям, прогрессирующая болезнь лишила Хокинга активности последней мышцы. Известно, что Хокинг потом получил новый коммуникатор, но каков его принцип действия, нам неизвестно. Я спрашивал у своих американских коллег – они говорят, что это коммерческая тайна. Несмотря на недостаточное быстродействие, нейрокоммуникаторы – это единственный выход для общения у пациентов, лишенных речи и движений. Мы уже около полутора лет адаптируем эту разработку для работы с реальными постинсультными пациентами в Первой городской больнице имени Н. И. Пирогова.

Стивен Хокинг / ©Википедия

Пока мы на стадии разработки – поскольку речь о медицине, – нужны надежные клинические испытания по многим направлениям. На здоровых же людях мы отработали наш метод очень хорошо.

— Есть ли надежда на то, что удастся сделать нейрокоммуникаторы более быстрыми?

— Все в конечном итоге становится быстрее и мощнее. Но есть вещи, которые преодолеть невозможно, например скорость света. Также и здесь есть свой потолок. Во всей общемировой практике применения нейрокоммуникаторов есть задержка в 2–6 секунд, в зависимости от того, сколько команд нужно обработать. Если нужно всего шесть команд, например для управления инвалидным креслом, то выбор конкретной команды из шести: «налево», направо», «вперед» и т. д. займет 1–2 секунды. А вот если на экране весь алфавит, да еще запятые и точки, то есть 36 символов, тогда обработка займет 5–6 секунд. И пока преодолеть этот порог невозможно вот уже в течение двадцати лет.

—​ В связи с чем?

— Все очень просто: для расшифровки сигнала всегда требуется некоторый фрагмент записи, равный как минимум длине декодируемого сообщения. Иначе просто будет нечего расшифровывать. Можно, конечно, взять очень короткий участок энцефалограммы и просто попробовать догадаться о целом сообщении, т. е. о задуманной букве. Но на таком гадании появляется вероятность ошибки. Если использовать фрагмент записи в 1 секунду, то получится примерно 50–60% ошибок.

Если же нужна высокая надежность – а мы добиваемся надежности 95%, – то это требует все-таки 5–6 секунд. Между тем, несмотря на относительную простоту всей технологической цепочки нейрокоммуникатора, добиться 95%-процентной точности его работы в нашей стране смогли, наверное, только мы. Просто мы занимаемся этим делом уже очень давно и отшлифовали множество разных нюансов. Но добиться точности 70% могли бы уже многие разработчики.

Испытание нейрокоммуникатора / ©МГУ

— Пока речь идет о более-менее простых командах. Есть ли перспектива читать мысли?

— По этому поводу ученые спорят. Но бо′льшая часть моих коллег, в том числе и я, придерживаемся того мнения, что прочитать мысли инструментальными методами теоретически невозможно. Хотя бы потому, что мысль – это совокупный результат деятельности многих отделов головного мозга. И сколько бы электродов мы ни наложили на голову, все равно охватим лишь малую часть того, что происходит в голове при рождении мысли. Мы не можем подключиться ко всем нервным клеткам сразу – их слишком много, почти сто миллиардов. Даже если придумать какую-то сверхтонкую проволочку, потребуется, вероятно, целый вагон таких проводков. Потому что сто миллиардов соединений – это очень много.

Сегодня в разработке нейроинтерфейсов используется всего 100–200 электродов. И пусть даже этих электродов будет сто тысяч – это далеко не 100 миллиардов. К тому же в каждой паре нервных клеток, очевидно, существует какой-то код общения. Как разгадать эти коды, если таких пар в мозгу человека еще на три порядка больше, чем самих нервных клеток.

— Есть ли еще какие-то области, помимо медицины, где можно было бы применить подобные технологии?

— Пока главная область применения нейроинтерфейсов – это все-таки медицина. Как у нас, так и за рубежом. В первую очередь для того, чтобы помогать парализованным пациентам. И здесь помимо коммуникации есть еще одна задача – восстановление двигательной функции, т. е. нейрореабилитация. Один из основных путей в этом деле – тренировка нарушенной функции: пальцы слабо двигаются – надо ими работать насколько возможно. А если они вовсе не двигаются? Намерение к движению у пациента есть, а движения нет. Получается замкнутый круг: для восстановления движения нужна тренировка, которая невозможна, поскольку рука парализована.

Но, как мы знаем, намерение к движению можно расшифровать по ЭЭГ тем же нейроинтерфейсом, но с несколько иным чем у нейрокоммуникатора алгоритмом. Расшифрованное намерение можно тут же преобразовать в команду для специальной конструкции с моторчиками, экзоскелету, которая крепится к руке и приводит ее в движение механическим путем. Таким образом, намерение пациента к движению претворяется в движение. Начинается тренировка! Поэтому есть шанс, что через какое-то время естественное движение начнет восстанавливаться. Применение нейроинтерфейсов в реабилитологии – это уже серьезный тренд в медицине. Несколько лабораторий занимаются этими технологиями и в России, помимо нашей, к примеру, лаборатория профессора А. А. Фролова в институте Нейрофизиологии и высшей нервной деятельности.

©

Мы говорили о медицине. Применение нейроинтерфейсов в других сферах – вопрос сложный. Потому что эта технология не волшебство и имеет свои ограничения. Конечно, хотелось бы силой мысли управлять, например, самолетом. Или хотя бы автомобилем. Увы, пока это невозможно, потому что, как мы говорили, нейроинтерфейсы не отличаются высоким быстродействием. На оживленной трассе – это, как вы понимаете, непозволительная роскошь.

Сейчас самый большой бизнес с нейроинтерфейсами – это использование бренда «Нейроинтерфейс» в разного рода игрушках, оснащенных парой-тройкой электродов, каким-нибудь усилителем и микроконтроллером для управления этой самой игрушкой: мохнатыми ушами на ободке, шариком в вертикальной аэродинамической трубке и т. д. Все это, конечно, работает с минимальной надежностью, но вполне подходит для веселой вечеринки.

Есть еще одна область возможного применения нейроинтерфейсов: управление роботами (не теми автономными роботами, которые работают по написанной программе, ведь на все случаи жизни программу не напишешь). Особенно это касается роботов, работающих в опасных условиях, например, при разминировании или в зоне радиационного загрязнения. Там нужен дополнительный контроль со стороны человека. И именно здесь и возможны технологии на основе нейроинтерфейсов. И это уже начинает использоваться сегодня.

Есть также идея использовать нейрокоммуникаторы в качестве инструмента, который будет дополнять деятельность мозга. По аналогии с очками, дополняющими реальность. Только в случае нейроинтерфейсов дополняется не реальность, а исполнение намерений: человек сможет одним намерением, т. е. даже еще до рождения самой мысли, листать, например, странички Интернета в поисках еще неосознанной, но нужной информации.

— Что вы думаете по поводу искусственного интеллекта – оправданы ли страхи, описанные в фильме «Терминатор»? Многие говорят, что бояться этого не следует, потому что ни одна машина не обладает собственными желаниями, а значит, не «восстанет» против человечества.

— Все технологии, которые придумал человек, опасны. Когда человек придумал каменный топор – это уже была опасная технология. Автомобиль – средство повышенной опасности. Поэтому если человек придумает искусственный интеллект, он тоже будет нести определенную угрозу. Но, как видим, при всем этом человек умудряется сделать так, чтобы эти опасности были сведены к минимуму. Поэтому я не вижу никаких проблем в том, чтобы иметь возможность ограничивать опасные тенденции в поведении роботов и искусственного интеллекта.

Не говоря уже о том, что добрая половина ученых считает создание интеллекта, подобного человеческому, просто невозможным. Причин тому масса. Одна из них в том, что человек – естественное существо и мозг его не был загружен программами поведения, эти программы формируются сами собой по мере взросления организма. Поэтому интеллект человека гораздо богаче любой искусственной подделки. Искусственный интеллект станет равным человеческому, если только будет расти рядом с человеком, иметь органы чувств, сердце и т. д. Возможно ли такое?

Что касается утверждения о том, что у машины нет собственной воли или желаний, то здесь бы я с вами так сразу не согласился. Ведь что значит желание в первом приближении – это актуализация какой-то потребности: вы хотите пить и просите стакан воды – это желание, у компьютера светится недостаток зарядки – это ли не желание? Вместо надписи, появляющейся на ноутбуке: «Низкий заряд батареи» можно выводить надпись: «Я хочу электричества». В чем разница?

Кадр из кинофильма «Терминатор» / ©Cinema 84

— Расскажите о проводимых на Западе опытах с нейроинтерфейсами на животных.

— Дело в том, что все это изначально как раз и делалось на животных, преимущественно на крысах и обезьянах. В работе с животными у экспериментатора больше возможностей, например, поместить электроды непосредственно в сам мозг. С человеком такие эксперименты невозможны, даже если это очень больной пациент – такие вещи можно делать только по медицинским показаниям. Поэтому обезьяны с интерфейсами на основе вживленных в мозг электродов достигают гораздо большего.

Они, скажем, легко могут управлять тележкой, на которой сидят. Нейроинтерфейсы подключены прямо к клеткам мозга обезьяны, что дает возможность быстрее и легче расшифровывать ее намерения. Когда же электроды находятся на поверхности головы, мы получаем смесь из разных электрических сигналов, почти шум, поэтому распознавать их сложнее. Опыты на животных позволяют выяснить возможные перспективы в разработках нейроинтерфейсов.

Мало того, в США уже есть лаборатории, в которых практикуется разработанное на животных вживление электродов в мозг пациентов, конечно, строго по медицинским показаниям. Парализованным пациентам с вживленными электродами удается буквально «силой мысли» управлять манипулятором, чтобы подать себе контейнер с напитком или плитку шоколада. Совместно с американскими коллегами из Университета Южной Калифорнии мы сейчас пытаемся создать подобную технологию в России.

Человек не справляется

Андрей Володин, «АиФ. Здоровье»: —  Александр Яковлевич, в своей книге «Тайны мозга» вы утверждаете, что будущее — за симбиозом мозга и компьютера. Почему?

Александр Каплан: —  Потому что мир, в котором мы сейчас обитаем, постепенно становится цифровым. Скорости и объёмы информационных потоков растут в геометрической прогрессии. Человеческий интеллект уже не выдерживает таких нагрузок. В последнее время сущест­венно выросло количество невротических и психиатрических заболеваний. Это говорит о том, что мозг не справляется со своей работой в новых условиях. И тут человеку нужно принимать решения. Одно из них — объединить мозг с искусственным интеллектом.

—  Тогда мы превратимся в роботов?

— Мы останемся обычными людьми, только будем обеспечены не настольными компьютерами, как сейчас, а устройствами прямой связи между мозгом и компьютером. Эта связь будет построена на расшифровке электрической активности мозга, регистрируемой с кожной поверхности головы. Расшифровка электроэнцефалограммы уже сейчас позволяет, к примеру, разгадать намерение человека и активировать ту или иную иконку на экране компьютера. Соответствующая команда исполняется без каких-либо движений и речи одним мысленным усилием. И это всё без каких-либо проблем для человека — гарнитуру мозг — компьютерная связь можно будет в любой момент снять с головы, как наушники. Простейшие системы интерфейсов мозг —компьютер уже находят применение в клиниках, где помогают пациентам с тяжёлыми поражениями речи и движений.

Восстание машин отменяется

—  А не получится ли так, что компьютерная сеть, подключённая к мозгу, поработит человека?

— Современные электронные вычислительные средства обладают двумя решающими преимуществами: практически необозримой памятью и быстродействием, несоизмеримым со скоростью мышления человека. А значит, задачи, требующие таких возможностей, можно поручать искусственному интеллекту. Например, если нужно сделать множество вычислительных операций, мозг мог бы напрямую обратиться к ячейкам памяти компьютера. И тогда творческая сила человека объединилась бы с гигант­ской памятью и скоростью электронных систем. Вдвоём они станут сильнее — но сильнее в пользу человека.

Это технологически достижимо. И это решает вопрос, кто кого победит в битве мозг — компьютер, потому что в этом случае человек будет эксплуатировать систему искусственного интеллекта ради себя — будто третье полушарие. Не может же одно полушарие разрушать другое внутри мозга.

 Помимо попыток связать человеческий мозг с компьютерными системами сейчас активно ведутся и другие разработки. Роботы становятся всё более совершенными, некоторые из них управляют сложными механизмами и даже программируют сами себя. Не опасно ли это?

—  Опасность того, что искусственный интеллект может невзначай нанести вред человечеству, существует. Поэтому нужно очень внимательно подходить к написанию программ для управления атомными станциями, большими энергетическими и транспортными комплексами, системами обеспечения жизни человека. Автоматика там может просто ошибиться, не исключён и катастрофический сбой системы. Но, повторюсь, это всего лишь ошибки программистов, а не какие-то козни злобных роботов.

Искусственный интеллект, конечно, может содержать модули, которые сами себя корректируют, но они тоже заложены людьми. Трудно представить, как в этой схеме начнёт программироваться задача, изначально враждебная человечеству.

Ненаучная фантастика

—  Когда искусственный интеллект обзаведётся сознанием?

—  Считалось, что он будет хозяйничать на планете уже в середине ХХ века, но ничего подобного не случилось. Возможно, это произойдёт сто лет спустя — в середине нынешнего века. Но это идеи не учёных, а футурологов.

—  Значит ли это, что нам придётся иметь дело с электронной «личностью»?

—  Учёные считают, что машина в прин­ципе не может обзавестись личностью, поскольку не имеет истории развития. Робота сделали на заводе, программисты написали программу — вот он и функционирует. У него нет воспоминаний о детстве и всей прожитой жизни, нет сенсоров собст­венного тела, которые могли бы свидетельствовать, что ему больно или стыдно, нет вообще никаких человеческих качеств. О каком сознании тут может идти речь? Только о некоем машинном мирке опыта двоичных операций, совершенно чуждом человеческой природе и потому не имеющем никакой возможности войти в положение человека, если только это не было запрограммировано создателями искусственного разума. Мы не сможем поделиться с роботами своими радостями и печалями, жизненными целями и смыслами.

—  Мы слишком очеловечиваем «разумных» роботов?

—  Робот — это всего лишь проигрыватель для программного кода. Если под разумными роботами понимать программы с внутренним опытом, то сходство поведения робота и человека, конечно, есть. Однако предположения о том, что такие роботы в недалёком будущем будут обладать комплексом человеческих или хотя бы животных эмоций, сегодня лишены основания. И возникновение популяции разумных машин — пока что слишком ненаучная фантастика.

>1. История развития

Устройства в области нейрокибернетики, моделировавшие человеческий глаз, были разработаны в США в конце 1950-х гг.

>2. Первый робот

Самый первый андроид с пультом управления и ростом 2,5 м появился на свет в 1957 г . в Италии. Весил робот около тонны.

>3. Уникальное свойство

Мозг обладает свойством пластичности. Если поражён один из его отделов, другие отделы могут компенсировать его функцию.

Александр Яковлевич Каплан. О применении нейротехнологий, анализе больших данных и кибернизированных спортсменах

– Что такое нейротехнологии?
– Нейротехнологии — это совокупность новейших методов и инструментов, создаваемых на основе объединения знаний из науки о мозге с достижениями в области информатики, кибернетики, механотроники, материаловедения, которые способствуют получению новых знаний о мозге, а также позволяют восстанавливать, сохранять и увеличивать его ресурсы. Условно все нейротехнологии можно разделить на «информационно-аналитические» и «медико-биологические», которые, конечно же, тесно связаны между собой. Если первые нацелены в основном на «добывание» информации о мозге, то вторые — на использование этой информации для оптимизации его деятельности. Например, с помощью томографов высокого разрешения одни ученые строят очень точные карты мозговых структур и их функциональных отношений, другие — разрабатывают ультрасовременные способы доставки лекарств или микроинструментов в зону поражения, третьи с помощью биохимических методик создают подходы к ранней диагностике заболеваний мозга и т. д., словом, выстраивается целый нейротехнологический конвейер. И число таких конвейеров с каждым годом увеличивается на порядки. Каждый из них по мере своей работы не только «лечит» или «восстанавливает» мозг, но и изучает его.

Пришло время, когда массивы данных о деятельности мозга превысили всякие пределы человеческих возможностей одновременно их охватывать и анализировать. Лавинами новых данных начало заваливать ученых разных специальностей, от биологов до астрофизиков. Вполне естественно, что ученым, в первую очередь математикам, пришлось разработать специальные подходы для анализа так называемых «больших данных», которые уже не поддавались глубокому анализу даже с применением высокопроизводительных машин. Это и понятно, до последнего времени машины помогали только обрабатывать и группировать данные, а установление связи между ними было результатом прозорливости ученых. Появилась целая наука об анализе данных (англ. data science), которая занимается проблемами анализа, обработки и представления данных в цифровой форме. С накоплением знаний о мозге становится неудивительным, что новые компьютерные методы извлечения содержательной информации из потоков данных начали строиться на моделях естественной их обработки в мозге человека. К примеру, одним из таких самых передовых методов машинного анализа данных стал нейротехнологичный метод так называемого глубинного обучения (англ. deep learning), когда сети из простых вычислительных элементов выискивают закономерности в больших данных, постоянно перестраивая свою структуру, пока не получат результат.

– Какие самые крупные проекты по изучению мозга?
– Пожалуй, самое масштабное исследование в Старом Свете — это проект «Человеческий мозг» (англ.  The Human Brain Project, HBP), основанный в 2013 году в Швейцарии и объединяющий сотни учёных из 24 стран мира и 116 партнерских институтов. Проект HBP ставит своей целью создать первую в мире модель мозга человека и является беспрецедентным по масштабам и бюджету (1,6 млрд. $).

Вслед за Европой в гонку нейротехнологий включились и США с проектом BRAIN Initiative (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies), с бюджетом около 4 млрд долларов. Проект нацелен на создание «функционального коннектома» — живой карты активности нервной системы в реальном времени.

Китай, Япония и целый ряд других стран тоже не остались в стороне от нейротехнологических начинаний.

– Проводят ли подобные исследования в нашей стране?
– Крупнейшее фондовое открытие на российском горизонте нейротехнологий — это направление «Нейронет» в рамках Национальной технологической инициативы (https://asi.ru/nti/), реализуемой главным образом Агентством стратегических инициатив. Согласно этой инициативе, в ближайшие 20 лет всестороннее развитие нейротехнохнологий в различных сферах, начиная от медицины и заканчивая компьютерными играми, становится одним из приоритетов государственной политики нашей страны.

«Нейронет» уже выдал свой первый нейротехнологический мегапроект CoBrain. В отличие от зарубежных проектов, о которых я рассказывал, CoBrain будет сосредоточен на поиске возможностей восстановления, сохранения и расширения ресурсов человеческого мозга, в первую очередь за счет его эргономичной интеграции в техносферу. Проект объединит десятки лабораторий, данные которых соберут в единую базу. Реализацией проекта займутся ведущие в РФ ученые и организации, в частности — Сколковский институт науки и технологий.

– В каких областях нейротехнологии наиболее востребованы?
– В первую очередь, это медицина и фармакология. Во-первых, нашими «клиентами» являются люди, страдающие рассеянным склерозом, поражающим оболочки нервных волокон головного и спинного мозга, а также болезнью Альцгеймера, которая приводит к потере памяти, нарушению речи и угнетению познавательных способностей и обычно развивается у людей в пожилом возрасте. Поскольку население планеты стареет, больных становится все больше. К сожалению, современные препараты могут лишь уменьшить симптомы болезни, но не обратить их вспять. Поиск лекарства от старческого слабоумия — одна из основных задач нейрофармакологии.

Но найти лекарство недостаточно, его еще нужно доставить в определенную область мозга. Когда человек выпивает таблетку, действующее вещество распределяется по всему телу, влияя не только на «цель», но и на другие органы. Порой неприятных побочных реакций от препарата больше, чем пользы, и лечение приходится прекращать. Следовательно, наша задача — найти не только средство, но и способ доставки его к мишени.

Еще одна группа людей, которой нейротехнологии способны облегчить жизнь, — пациенты, которые потеряли способность двигаться, говорить, а иногда и то и другое. Статистика говорит, что ежегодно в России происходит 400–500 тысяч инсультов. Многие пациенты, перенесшие острое нарушение мозгового кровообращения, остаются в живых, но не полностью восстанавливают двигательные функции. Кроме того, потеря речи или возможности управлять своим телом может произойти из-за черепно-мозговой травмы и т. д. Получается, два-три миллиона человек нуждаются в нашей помощи. Такие пациенты лишаются даже возможности не только движения, но и общения.

К счастью, во всем мире и в РФ стартовали работы по созданию нейротехнологий контакта с мозгом человека, чтобы передать его команды напрямую к исполнительным устройствам: приводам инвалидного кресла, буквопечатающим устройствам, к пультам домашних приборов — это так называемые интерфейсы «мозг — компьютер».

В моей лаборатории в МГУ им. М.В. Ломоносова, к примеру, уже созданы нейроинтерфейсы для набора текстов на экране компьютера без помощи движений, напрямую от мозга, на основе расшифровки биопотенциалов, регистрируемых с поверхности головы. Один из моих аспирантов разработал прямое управление от мозга для кресла-вертикализатора, позволяющего перемещать парализованного пациента в вертикальное положение. Достаточно такому пациенту дать мысленную команду, и расшифрованный в биопотенциалах сигнал запустит соответствующий моторчик. Теперь пациенту не надо просить кого-то нажать кнопку вертикализации — он это сделает своим мысленным усилием.

Сейчас планируем обеспечить мысленным управлением «умные дома», что, возможно, окажется востребованным и здоровыми людьми.

– Нейроустройства способны прочитать любую мысль?
– У ученых есть вполне обоснованное мнение о том, что мысли в принципе не поддаются чтению на основе анализа электрической активности мозга. В этом нет ничего удивительного, биопотенциалы мозга являются отзвуками всего лишь обобщенных, главным образом эмоциональных, состояний мозга, но никак не «морзянкой» мыслей, которую можно расшифровать соответствующим ключом. Даже если мы приложим к голове испытуемого две сотни электродов, эти две сотни кривых биопотенциалов не смогут различить мысленные образы апельсина и паровоза.

– Нейроисследованиями в каких областях, помимо медицины и фармы, занимается ваша лаборатория?
С помощью нейротехнологий на основе регистрации биопотенциалов мозга мы научились улавливать мысленные представления движений, например, намерение поднять правую или левую руку, двинуть ногами. Если предварительно натренировать алгоритм классификации этих состояний, то его потом можно использовать для обнаружения этих 3–4 намерений по ходу непрерывной регистрации электрической активности мозга. Подобный интерфейс можно приспособить для управления бытовыми приборами, манипуляторами, тренажерами двигательной функции. Только что стартовал наш проект «НейроЧат». Он не для лечения, не для реабилитации — это не медицина. Но он для миллионов людей, которые по тем или иным причинам потеряли способность к общению. Это социальный проект, который с помощью последних достижений в области нейротехнологий позволит таким людям подключиться к социальным сетям мысленными усилиями. Здесь нет мистики, я уже говорил о нейрокоммуникаторах на основе регистрации биопотенциалов мозга. У нас они одни из лучших в мире.

Сейчас мы тестируем наши коммуникаторы в Городской клинической больнице №1. Конечно, пациенты работают с ошибками. В лучшем случае всего 5% ошибок, бывает и 25%, но мало-помалу текст у них получается. «НейроЧат» позволит парализованным людям полноценно пользоваться интернетом и общаться со всем миром. Я думаю, мы создадим специализированную социальную сеть для пациентов, где они смогут беседовать друг с другом. В программу будут встроены переводчики, поэтому будет неважно, из каких стран собеседники. Кроме того, из программы можно будет выйти в «большой мир» — в ней будут предусмотрены окна, через которые можно будет попасть в другие популярные соцсети, например, Facebook. Помимо того, что нейрочат сделает жизнь парализованных людей комфортнее, благодаря ему такие люди смогут найти работу, например, программистом. Такое устройство сложнее создать, чем клавиатуру, управляемую силой мысли, ведь пациентам нужно будет проходить по гиперссылкам, получать и отправлять файлы. При этом мы хотим сделать устройство не только удобным для пользователей, но и привлекательным внешне — над гарнитурой работает команда Владимира Пирожкова — одного из лучших российских промышленных дизайнеров. Планируется уже в следующем году представить прототип устройства и продемонстрировать его работу: пациенты из разных городов будут общаться друг с другом.

– Как здоровые люди могут использовать нейротехнологии?
– Нейроустройства могут быть нашими помощниками и участвовать в профилактике различных заболеваний. Дело в том, что наш мозг находится в зоне особой опасности. За последние 50–60 тысяч лет мозг человека не изменился по своим возможностям, но в окружающем нас мире произошли кардинальные перемены. Катастрофически возросли информационные нагрузки от многочисленных мультимедийных источников и количества потребляемой информации. Наш мозг оказался не готов к такой лавине данных. Возможно, именно с этим связано резкое увеличение психических расстройств. Депрессиями, психозами и т. д. страдают люди в любом возрасте, в том числе дети. Если мы предположим, что трудоспособного населения в какой-то стране — 100 миллионов, то вскоре 50 миллионов из них будут страдать от депрессии, невротических срывов.

Я вижу два подхода для облегчения деятельности мозга в современных условиях. Во-первых, можно заранее отфильтровывать поступающую информацию, по ходу дела автоматически удаляя ненужные на данный момент сведения и удобно сортируя нужные. Например, мой стол завален бумагами, но я в них прекрасно ориентируюсь. Однако другой человек потратил бы немало времени, прежде чем разобрался, где нужная ему информация. Аналогичная ситуация с компьютером: пользователь может смотреть на экран и, напрягаясь, долго искать требуемые данные. А ведь программа могла бы сама обработать информацию: удалить ненужные картинки, сгруппировать цифры, подсветить столбцы с ними разными цветами — то есть сделать данные максимально усвояемыми для мозга. Только откуда этой программе знать, что именно в данный момент требуется мозгу. Вот здесь и подойдет специализированный нейрокомпьютерный интерфейс, назовем его «НейроОрганайзер»! Во-вторых, можно отслеживать текущее состояние мозга. Ведь в одно время голова у нас свежая, и мы с удовольствием узнаем новое, а в другое — испытываем напряжение, и избыток информации может навредить. Даже смартфон умеет вовремя сообщать, что он перегрелся. Аналогичная обратная связь нужна нашему мозгу: прибор, который бы вовремя обнаруживал сильное напряжение и включал сортировку информации, чтобы человек мог отдохнуть.

Мы уже сегодня готовы создать «НейроОрганайзер», в котором сигналы мозга используются не просто для регулирования режимов подачи информации, но и для управления внешними объектами.

– Какое высшее образование лучше получить, чтобы стать специалистом в нейротехнологиях?
– На сегодняшний день не существует специализированной базовой подготовки для нейротехнологов, максимум — магистерские программы. В нашу лабораторию нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов, которая относится к кафедре физиологии человека и животных МГУ, приходят выпускники нашей же кафедры, а также инженерных вузов, физики, математики, и даже врачи и молекулярные биологи. Нейротехнологии требуют работников на стыке специальностей. У наших аспирантов есть инженерные навыки, они умеют программировать, понимают математические основы декодирования сигналов, в то же время они прекрасно знают, как работает мозг, как и куда нужно поставить электроды. Такой широкий спектр навыков приобретается только в мультидисциплинарных лабораториях. В результате — нам удается создавать эффективно работающие интерфейсы.

Конечно, помимо нашей лаборатории есть и другие места, где человек может получить образование в области нейротехнологий. К примеру, на базе МФТИ, в МИФИ, в МГТУ им. Баумана готовят специалистов для нейротехнологий. Другие города не отстают: на базе Самарского государственного медицинского университета открылась лаборатория нейрокомпьютерных интерфейсов. В Нижнем Новгороде есть кафедра нейродинамики и нейробиологии на базе биологического и радиофизического факультетов ННГУ. Также лаборатория нейробиологии и медицинской физики есть в БФУ имени Канта.

– По какому принципу вы отбираете аспирантов?
– У меня нет каких-то специальных принципов отбора аспирантов. Я заключаю со студентами устный договор о сотрудничестве на один год. Этого срока достаточно, чтобы человек понял, нравится ли ему заниматься нейротехнологиями, и способен ли он продемонстрировать свой интерес к предмету. К примеру, все мои аспиранты работают с компьютером, но меня особенно заинтересует студент, который не поленится разобраться, почему программа не работает, или отчего возникла ошибка в данных. Для этого не надо быть программистом или математиком, достаточно обладать сноровкой научного поиска. Также важны знания английского, ведь подавляющее большинство научных статей написаны на этом языке.

Наш договор работает в обе стороны: спустя год студент может сказать, что ему не понравилось, и он запросто может перейти в другую лабораторию. Есть и особенность, у нас нет возможности выполнять учебные работы. Все студенты и аспиранты трудятся и учатся на реальных проектах, а я, разумеется, консультирую их и поддерживаю.

– Будут ли нейротехнологии востребованы в ближайшем будущем?
– Думаю, что спрос на нейроразработки будет расти. Проблема в том, что рынок еще не знаком с такими новинками. Это и понятно. Когда-то и паровоз казался бесполезным новшеством, ведь чтобы он ехал, нужны были рельсы, а их-то еще и не было. Паровозу прокладывали рельсы. Так будет, по-видимому, и с нейротехнологиями. Только рельсы должны им прокладывать ученые вместе с журналистами. Нужно больше рассказывать и писать о нейроустройствах, демонстрировать их работу. Люди почувствуют пользу, выявятся зоны наибольшего интереса, нейротехнологии станут широко востребованы. Станут ли они настоящими «паровозами», или им уготована роль подсобных устройств — покажет время.

– Какие есть мероприятия для популяризации нейротехнологий?
– В Цюрихе проводится соревнование «Сайбатлон» (Cybathlon) — нечто похожее на Параолимпийские игры, только не ради спорта, а для поиска и апробации наилучших технологий для разного рода пациентов. Участники пользуются нейроразработками своих стран, так что это не только состязания в силе и ловкости самих спортсменов, но и соревнования в качестве биопротезов, экзоскелетов и инвалидных колясок различных компаний. Россия приняла в них участие и в разных дисциплинах заняла 4-ое, 5-ое и 6-ое места из 12 возможных мест.

«Сайбатлон» — интересное мероприятие, но, к сожалению, оно проводится всего один раз в четыре года, да еще за границей. В России решили, что подобные соревнования должны проводиться чаще — хотя бы раз в два года. Поэтому в нашей стране скоро будут свои соревнования кибернизированных спортсменов под названием — «Кибатлон», в которых смогут принять участие люди со всего мира.

– Чем может заняться специалист в нейротехнологиях, решивший себя попробовать в чем-то новом?
– Если этот специалист проявил себя в программировании, то он может устроиться разработчиком или программистом для любых систем управления или распознавания образов. Думаю, это сейчас больше половины рынка. Все-таки в IT-сфере смотрят не на образование, а на практический опыт. Если же это нейротехнолог-нейрофизиолог, то он пригодится в любой нейрофизиологической или клинической лаборатории, где изучают мозг.

– Что вы могли бы посоветовать почитать школьникам, которые хотели бы больше узнать о нейротехнологиях?
– Думаю, что важно не столько, какая именно книга рекомендована, сколько отношение читателя к содержанию книги. Я бы порекомендовал с особым вниманием относиться к идеям, задумываясь при этом, как ту или иную идею можно проверить. Хорошие книги всегда содержат и то и другое в правильной пропорции. Есть ряд книг, которые с удовольствием проходят все мои студенты и аспиранты.

  • «Живой мозг», Грей Уолтер;
  • «Как мы видим то, что видим», Вячеслав Демидов;
  • «Человеческий мозг. От аксона до нейрона» Айзек Азимов;
  • «Мозг, разум и поведение», Флойд Блум, Арлайн Лейзерсон, Лора Хофстедтер;
  • «Мозг и вычислительная машина», Алекс М. Эндрю;
  • «Мой мозг. Строение, принципы работы, моделирование», Юрий Косяков;
  • «Мозг и душа», Крис Фрит;
  • «Эволюция человека. Обезьяны. Нейроны и душа», Александр Марков;
  • «Перегруженный мозг. Информационный поток и пределы рабочей памяти», Торкель Клингберг;
  • «Странности нашего мозга», Стивен Джуан;
  • «Вся правда о мозге. Популярная неврология», Шпицер Манфред;
  • «Зеркала в мозге. О механизмах совместного действия и сопереживания», Джакомо Риццолатти;
  • «Интеллектика. Как работает ваш мозг», Константин Шереметьев;
  • «Тайны нашего мозга, или Почему умные люди делают глупости», Сандра Амодт, Сэм Вонг.