Слева — нейрофизиолог Елена Белова, справа — робот-хирург Neuralink
Летом 2019 прошла презентация стартапа Neuralink, цель которого — создать интерфейс типа «мозг—машина». Илон Маск рассказал, что компании удалось наработать за несколько лет с момента основания. Представили робота-хирурга, гибкие нити для подключения чипов к мозгу и эффективные алгоритмы обработки сигналов. Мы встретились с нейрофизиологом, чтобы поговорить о том, что же такое Neuralink: бизнес и маркетинг или реальный научный прорыв?
На вопросы терпеливо отвечала Елена Белова — биохимик и биоинформатик по образованию, нейрофизиолог и иллюстратор по роду занятий, старший научный сотрудник Лаборатории клеточной нейрофизиологии человека Института химической физики.
Глупые вопросы задавал Иван Звягин, который прочитал несколько научно-популярных книг о работе мозга и эволюции.
Аудиоверсия разговора — в подкасте Habr Special. Его можно послушать не только на SoundCloud, но и на других платформах
Про Neuralink и его аналоги
Что принципиально нового в нитях и процессорах Neuralink?
Когда в России люди говорят об интерфейсе «компьютер—мозг», чаще всего речь идет о шапочке вместо джойстика и управлении машинкой «силой мысли». А тут все серьезно. Маск собирается расширять возможности лечения и реабилитации, познания того, как устроен наш мозг. Это очень круто.
Нить А в 16 раз тоньше человеческого волоса
Когда Маск представлял этот проект, он упоминал вещи, которые уже существовали до Neuralink. Среди этих методов — глубокая (глубинная) стимуляция мозга, по-английски — Deep Brain Stimulation. Это метод, которым я занимаюсь в своей лаборатории. Есть еще методы, когда людям вскрывают черепную коробку и на поверхность мозга помещают электрод для записи потенциалов и электрической активности с коры головного мозга. В первом случае мы записываем глубокие подкорковые ядра, во втором — кору. В зависимости от того, что и где мы пишем, можно решать разные задачи.
Ничего принципиально нового с точки зрения подхода они не предложили. Это именно уменьшение масштаба, увеличение количества потоков записи и ускорение обработки с возможностью анализировать «на лету», не передавая данные в суперкомпьютеры.
Что не так с ЭЭГ-шапочками?
Шапочка — это очень распространенный доступный метод. Электроэнцефалограмма — один из самых первых методов исследования мозга. Проблема в том, что мы снимаем с поверхности [головы] очень слабый и очень обобщенный сигнал, который очень тяжело анализировать и интерпретировать. Можно сравнить с попыткой понять, что происходит, например, где-нибудь в городе, снимая засветку из космоса. Очень-очень слабый и очень большой сигнал. Конечно, когда где-то происходит синхронная активность большого количества нейронов, на электроэнцефалограмме мы это засечем, но если интересуют более тонкие механизмы, то с такого расстояния и при такой чувствительности сигнала ничего не получится.
Что такое Deep Brain Stimulation?
DBS — это очень большие и очень инвазивные штуки. Чтобы вообразить вообще, что это такое, представьте, что вы раскрутили шариковую ручку и взяли оттуда стержень. Толщина и размер электрода приблизительно как стержень шариковой ручки — около 2 мм в диаметре. Такая большая штука, которая крепится к накладке на кость черепа. Дальше с этим электродом глубоко в мозге человек ходит на протяжении десятилетий, вплоть до смерти. Эта техника позволяет ему существенно облегчить симптомы заболевания, с которым он приходит по показаниям на операцию.
Обслуживание заключается в том, что в приборе меняют батарейки. Так как это электрическая стимуляция, то нужен источник питания, который приходится заменять. Пока нет достаточно миниатюрного и достаточно мощного источника питания для того, чтобы 30–40 лет он прослужил без замены.
У человека из черепа торчит провод, и дальше хирурги проводят его под кожей к грудине, где ставят стимулятор. Это считается более безопасным вариантом, чем снаружи черепной коробки. Во-первых, было бы не очень красиво. А во-вторых, если вдруг случайно удариться, то область грудины одна из самых защищенных частей тела.
Этой технологии уже почти 30 лет, и с такими устройствами ходят десятки, если не сотни тысяч людей по всему миру. Она очень зарекомендовала себя, и сейчас это один из способов помочь людям, которым больше ничего не помогает — ни медикаментозно, ни инвазивно.
На электродах есть покрытие, изоляция, и от 4 до 12 контактов, в зависимости от марки конкретного прибора и назначения. Они отличаются по длине активной области, которую можно стимулировать. Контакты позволяют 30 лет получать хорошее качество стимуляции, но о записи речи не идет. То есть там не нужно высокое сопротивление, которое позволит посылать электрический сигнал в маленькую область. Это просто стимуляция.
Почему сигнал от мозга к электродам со временем ухудшается?
Есть много техник, которые позволяют чувствительно записывать сигнал. Вопрос в размере прибора, который позволяет его записать. В Neuralink смогли сделать миниатюрные электроды и утверждают, что при всей своей миниатюрности соотношение «сигнал/шум» у них достаточный, чтобы получать хорошую запись. Отдельный вопрос будет в том, насколько долго они смогут получать эту запись без ухудшения качества сигнала, потому что мозг биохимически активен и может влиять на сопротивление датчика, чем датчик меньше, тем больше шансов что что-то пойдет не так.
Neuralink — это маркетинг и бизнес или правда про движение науки вперед?
Я как ученый вижу тут гигантский ресурс для фундаментальной науки.
Есть две большие области в нейробилогии. В первой мы изучаем животных. Но они устроены проще, поэтому многие эксперименты очень тяжело проводить. Скажем, обезъяна не может артикулировать и произносить слова, и мы не знаем, как у нее устроены моторные области, которые связаны с языком и голосовыми связками во время речи.
Лабораторная крыса Nueralink с интерфейсом USB на голове
Когда мы говорим о получении данных о человеке, то сталкиваемся с огромным количеством субъективного опыта и очень жесткими этическими требованиями и очень слабыми технологиями, которые опробованы и одобрены для применения на людях.
Чтобы что-то узнать про человеческий мозг, можно пользоваться записями его электрической активности, которые делают во время почти всех операций по медицинским показаниям. Чаще всего речь идет о двигательных расстройствах и глубокой стимуляции мозга.
Сейчас они [Neuralink] говорят о том, что производительность их чипов и объем получаемых данных существенно увеличены. Это очень крутой задел для того, чтобы получить что-то действительно интересное.
Как Neuralink не повредить подвижный мозг, внедряя кучу нитей?
Для впечатлительных: на картинке не мозг, а желе, которое его симулирует. Робот и нити настоящие
Основная проблема с операциями на мозге в том, что он пронизан сосудами. Сосуды повреждать очень нехорошо, кровоизлияние в мозг — это очень неприятная штука, которая может привести к микроинсульту или смерти. Избежать сосудов — это первая самая важная задача, которая говорит о безопасности всей процедуры. Хотя она ничего и не говорит об эффективности.
Дальше возникает вопрос фиксации этих электродов. Если говорить про глубинную стимуляцию, то электрод закрепляется прямо на черепе — там просверленное отверстие, в него специальным образом прикручивается и очень жестко фиксируется накладка, в которой абсолютно жестко фиксируется этот электрод.
С гибкими нитями пока не очень понятно. У взрослого человека подвижность мозга ограничена. У маленьких детей мозг может существенно меняться в диаметре. Я подозреваю, что вблизи крупных сосудов мозг пульсирует сильнее, чем вдали от них. Тем не менее можно постараться зафиксировать электрод так, чтобы он плюс-минус был в той же самой области. Хороший вопрос — насколько те электроды, которые предлагает Маск, смогут находиться вблизи тех нейронов с которых ведется запись?
Когда мы [методом DBS] пишем электрическую активность внутри мозга человека, бывает что человек двигает рукой или чихает, и кончик электрода смещается совсем чуть-чуть, и все — мы только-что «видели» нейроны, а теперь перестали. Или наоборот никакого нейрона вблизи электрода нет, но потом человек что-то делает, и нейрон появляется, а мы видим существенную активность: потенциалы действия на записи, все прекрасно.
Насколько эти процессы могут повлиять на локализацию, фиксацию гибкого электрода в определенной точке — это хороший вопрос. Судя по тому, что было на презентации, у них часто от двух или трех контактов пишется один и тот же нейрон. Такая конфигурация позволяет в случае чего перестать писать этот нейрон с одного из контактов, но еще два останется. Плотность позволяет дублировать информацию.
Когда речь идет о крупных электродах, то, действительно, есть некоторое повреждение мозга вблизи электрода и нарастание соединительной ткани. Что касается вот этих маленьких, тоньше волоса, нитей, то мы пока не знаем, как мозг на это реагирует. Но чем мельче девайс, тем меньше изменений будет связано непосредственно с тем, что он находится где-то вблизи нервных тканей. Есть некоторый шанс, что последствия от вживления таких тонких нитей будут пренебрежимо малы по сравнению с возможностями, которые они могут дать.
Поможет ли Neuralink взаимодействовать с виртуальными объектами на экране напрямую, а не с помощью курсора мыши?
Такой вариант не исключен. Для этого внутри нервной системы должна обособиться группа нейронов, которая будет специализированно управлять движением этого объекта.
Скажем, когда человек учится управляться с инструментами, на определенном этапе развития навыка они становятся как бы продолжением рук человека. В моторной коре появляются специализированные нейроны, которые управляют тонкой моторикой, необходимой для работы с таким инструментом. Если предположить, что чип Neuralink позволит считывать сигнал с таких нейронов напрямую, то движения рукой уже не нужны, вероятно, мы сможем сопоставить определенные паттерны активности нейрона и движения инструмента и управлять инструментом уже с помощью чипа.
Когда мы двигаемся, нам очень важна двигательно-сенсорная обратная связь. Внутри мышц есть огромное количество сенсорных входов, которые говорят о том, насколько натянута сейчас мышца, сколько мускульных систем напряжено, с какой скоростью и какие отделы мышц у нас напрягаются. Когда идет речь о виртуальном объекте, скорость его движения мы можем оценивать только глазами. Это полезно, но это не то же самое, что осязание.
Какие заболевания купирует DBS и потенциально сможет Neuralink?
Кажется, первое заболевание, с которым можно справиться методом электростимуляции мозга, и который был одобрен FDA, — это болезнь Паркинсона. У людей с этим заболеванием происходит отмирание дофаминовых нейронов. Они с трудом начинают движения, очень медленно и тяжело двигаются, у них начинается тремор.
Есть лекарственная терапия, и когда она в какой-то момент перестает помогать (а она перестает), показана такая операция. Фактически, если говорить совсем просто, мы вносим помеху в то место, которое осложняет людям жизнь. Без стимуляции сигнал от этой области просто не поступает, а так он поступает с помехой, и человеку становится проще.
Есть еще несколько двигательных расстройств, которые купируются стимуляцией тех же структур и тоже помогают. Это прежде всего дистония, когда у людей наоборот патологические движения: сокращения определенных мышц, подергивания. Если в этом случае проблема не с нервами, а с мозгом, то такую операцию можно провести.
Сейчас активно изучается возможность помогать людям с депрессией, с обсессивно-компульсивным расстройством и с тем, что ближе уже к эмоциональной сфере. Но пока это теоретические исследования, тестовые протоколы, то есть не рутинная клиническая процедура, а поиски способов воздействия и проверка активностей.
Смог бы Neuralink помочь Стивену Хокингу?
Когда речь идет о проблемах с двигательной системой, бывает два разных источника проблем: нервная система и мышцы. Когда проблема начинается с мышц, то постепенно, чаще всего из-за иммунного ответа, мышцы начинают деградировать. Мышечная ткань сокращается, и ее невозможно нарастить дальше. Это не проблема нервной системы, это проблема мышцы, то есть нужно выращивать другую мышцу из других генетических субстратов. А это уже вопрос к генной инженерии, а не к Neuralink. Надеюсь что когда-нибудь эту проблему тоже удастся решить, но не сейчас.
Про нейропротезы
Как работают бионические протезы
Все системы интерфейсов «мозг—машина», которые позволяют парализованным людям чем-то шевелить устроены так: есть машины, которые в процессе обучаются декодировать то, что хочет человек. А человек обучается максимально четко слать сигналы от той области, в которой идет запись. Нейроны вблизи этих контактов могут перестроиться в зависимости от того, какую задачу решает мозг. Если бионическую руку нужно протянуть и взять чашку, мозг начинает перестраиваться, пусть даже изначально эти нейроны отвечали за что-то другое. Эта взаимная приладка, которая позволяет человеку шевелить бионической рукой, в чем-то похожа на то, как он шевелил перед этим своей собственной.
Существуют ли нейропротезы с обратной связью?
Помимо Илона Маска проблемами людей, которые потеряли возможность двигаться, занимается огромное количество специалистов. Биопротезы, нейропротезы — это стремительно развивающиеся области. Технологии позволяют делать все более новые и более сложные вещи, в том числе сейчас идут испытания бионических рук с возможностью дать обратную связь. То есть человек может с помощью бионической руки прикоснуться к поверхности или схватить объект, а сенсоры с нее дают информацию обратно. Но там ситуация такая, что остаются здоровые нервы, и к ним фактически прикрепляются датчики бионической руки, а дальше по нервам информация отправляется в мозг — через те каналы, которые уже есть, предрасположены, предтринерованы и сформированы.
Насколько я поняла, в Neuralink хотят свои устройства расположить в двух местах: в моторной и в сенсорной коре. И прямо на кору подавать сигнал. Для того чтобы это работало, нужно очень хорошо все подобрать и очень хорошо протестировать. Мы сейчас плохо себе представляем, каким образом и на какой нейрон давать стимуляцию, каким паттерном, как должны выглядеть эти электрические импульсы, чтобы та связь, которую мозг получает, соответствовала тому что происходит в реальном мире. И насколько нейрон в состоянии обучиться тому, что этот паттерн задан снаружи, а не генерируется изнутри нейросети.
Может ли человек ощущать протез настоящей частью себя?
Да, он [со временем] начинает ощущать протез. Я не имею такого опыта и надеюсь, что никогда его не получу, но, мне кажется, что это похоже на очень-очень онемевшую руку, в которую начинает постепенно возвращаться чувствительность: она вот такая еще слабая, еще плохая, но уже что-то есть. Это намного лучше, чем когда сигнал не идет совсем и человек по тому, что он видит, не может понять: бионическая рука сейчас сжимает бутылку так, что она выпадет, или так, что треснет и разобьется.
Сколько времени нужно, чтобы ощутить фидбэк от нейропротеза?
Это очень зависит от контекста. Когда речь идет о человеке, которому только что ампутировали руку (из-за опасности заражения крови, например), то, если сразу «по-живому» пришить к этим нервам датчики и сразу давать обратную связь — это оптимальный вариант. Эти нервы фактически еще встроены в сеть, и сколько времени их придется переобучать, будет зависеть от того насколько в принципе человек хорошо обучаем. Мне кажется, речь идет о времени порядка двух — трех месяцев для того, чтобы научится этим протезом хотя бы в каком-то виде пользоваться, и в районе года — для того, чтобы пользоваться им уже без существенного напряжения. Возможно я ошибаюсь, таких исследований пока очень мало и это единичные случаи, на которых мы не можем сказать какую-то статистику.
Сможет ли мозг справиться с глубокими апгрейдами тела, как в Cyberpunk 2077? Третьей рукой, например, или глазом.
Кадр из игры Cyberpunk 2077
Это будет зависеть от того, в каком возрасте человеку эту третью руку присобачить. Когда происходит взаимонастройка сетей, есть некоторые критические окна, когда нейроны находят связи с другими структурами в других ядрах, для того чтобы максимально эффективно выполнять какие-то цели, задачи, движения, и там постоянно идут потоки обратной связи. Если в этот критический период что-то пошло не так, человек часто просто лишается возможности, например, управлять рукой, если он лишен руки. Или воспринимать и анализировать зрительную информацию, если у него проблемы с сетчаткой или с глазами. Повернуть все вспять и вернуть человеку зрение, если у него в детстве не было опыта восприятия и обработки зрительной информации, практически невозможно, насколько мы сейчас знаем. Может быть, что-то поменяется в 2077 году, но сейчас дела обстоят так.
Если прямо фантазировать, то если вы хотите помимо своих двух рук еще четыре бионических, то это нужно делать очень-очень рано — в младенчестве. Но тут возникает много этических проблем, потому что ребенок маленький, его никто не спрашивает, и не очень понятно какое такое обоснование должно быть, чтобы решиться на такие воздействия с не очень понятными последствиями в будущем.
Про мозг
Можно ли влиять электричеством на эмоциональную сферу?
Дистония и болезнь Паркинсона — это нарушение деятельности очень глубоких структур мозга, которые отвечают за инициацию движения, выбор между несколькими разными двигательными программами. Там совсем рядом находятся эмоциональные области, которые связаны с мотивацией: выбрать и запустить то или иное движение. Фактически, немножко сместив положение электрода, мы уже можем влиять на эмоциональную сферу.
Есть указания на то что у некоторых людей с таким электродом начинаются изменения в сфере связанной с эмоциями и привычками. Вообще болезнь Паркинсона может приводить к тому, что человек становится патологически азартным игроком, который ходит в казино, или у него случаются эпизоды патологической ревности, вспышек гнева и перемен настроения. Иногда такое бывает до лечения и после него снимается. Бывает наоборот: у человека все было в порядке, а потом ему поставили электрод и начали воздействовать на сферу, которая связана с импульсивностью, компульсивностью, реакциями.
Я говорила что в большом стержне DBS несколько разных контактов и несколько разных программ стимуляции. Мы можем менять частоту воздействия и то, какие конкретные контакты будут активны. Можно менять контакты, немного снизить амплитуду или частоту стимуляции — увеличить или уменьшить. Но это всё шаманизм, когда методом проб и ошибок мы пытаемся подобрать, что человеку будет помогать хорошо шевелиться и при этом не будет осложнять ему жизнь.
Существует ли точная карта мозга?
Бывает разная точность. Внутри мозга есть разные структуры: ядра, которые имеют границы, а между ними белое вещество, которое соединяет, собственно, одну структуру с другой. Это скопление нервных клеток, и погрешность 1 мм может существенно повлиять на то, какие мы эффекты получим от стимуляции.
Когда мы говорим о коре, то все немного сложнее. Есть сенсомоторные области, в которых есть топография; есть области, которые связаны с движением или ощущением рук, прикосновений, болевых сигналов; есть ноги; есть лицо. И это все размечено вдоль коры — и сенсорной, и моторной — и возможна перенастройка этих областей. У тех людей, которые по какой-то причине теряют руку, та область, которая отвечала за управление этой рукой, может перестроиться и начать взаимодействие с какими-то другими областями, например с частью лица.
Если мы говорим о коре, сначала нужно посмотреть с какой конкретно зоной и с какими конкретно функциями связаны те нейроны, которые мы можем записывать. И потом уже смотреть: можем ли мы обучить их реагировать так, как нам нужно. То есть можно попробовать переобучать эти нейроны.
Почему нужно быть в сознании во время операции на мозге?
Когда мы вставляем электрод человеку в мозг, то должны убедиться, что он получает необходимый ему эффект и при этом не получает никаких побочных. Если человека разбудить и спросить, что он думает, что он чувствует, и есть ли у него какие-то побочные ощущения от стимуляции, это позволяет подобрать более удачное расположение электрода, и просто лучше помочь человеку. Поэтому очень многие операции на мозге проводятся в сознании, именно для того чтобы не сделать хуже. Мы сразу в процессе проверяем тестовую стимуляцию. В этот момент у ученых есть возможность собрать бесценный набор информации о том, как устроен мозг человека и как он работает. Это взаимовыгодная вещь, которая помогает и пациенту, и ученому.
Внутри мозга нет болевых рецепторов — главное, что у пациента есть обезболивание на поверхности кости и кожи. А внутри максимум, что происходит, — это стимуляция, и человек перестает нормально говорить, у него появляется во рту «каша». А мы не хотим, чтобы у человека с электродом была «каша» во рту, и стараемся переставить электрод туда, где каши не будет.
Понимают ли учёные хоть что-то про абстрактные и концептуальные образы?
Чаще всего биомедицинские исследования, связанные с человеком, направлены на помощь тем людям, у которых что-то произошло. А так как никакой биомедицинской задачи для изучения абстракций не стоит, и это скорее просто любопытство, то в таких исследованиях встают этические вопросы. Поэтому с абстракциями все очень сложно. В сравнении с двигательной или зрительной системами мы плохо их понимаем: что там можно и что нельзя? И если мы туда полезем, какие последствия можем вызвать этим вмешательством?
Есть история про «нейроны Дженифер Энистон» и «нейроны Холли Берри». Иногда удается найти такие интересные нейроны, которые реагируют на конкретного человека или на конкретный образ. Это открыли, когда у пациентов с эпилепсией проверяли, где находятся очаги. А очень часто они расположены в височной доле, которая связана с речью и восприятием образов. Вроде как был еще нейрон «Звездных войн», который реагировал не на конкретный образ Дарта Вейдера, а вообще на все вещи, которые имеют отношение к «Звездным войнам». Если представить, что мы можем простимулировать концептуальные нейроны, я предполагаю, что можем и вызывать у человека мысли о Дженифер Энистон, Холли Берри или «Звездных войнах». Но мы можем точно так же сказать это имя, и точно так же этот нейрон возбудится, и будет то же самое. Зачем для этого лезть человеку в мозг, не очень понятно.
Можно ли сгенерировать ощущения в теле? Скажем, «почесать» пятку.
Зависит от того, что там с этой пяткой. Если по ней ползает насекомое, то этот сенсорный канал можно попробовать забить, повоздействовать на него и «сказать»: [насекомого] нет, тебе сейчас только сильно нажимают на это место. Но как только ты этот сигнал снимешь, скорее всего непосредственное раздражение на пятке снова даст сигнал, и человек будет говорить: нет, опять чешется.
Можно ли не набирать слова по буквам, а сразу «думать» их?
Вопрос отчасти философский. Исследований, которые бы показали техническую возможность это сделать на нынешнем уровне, нет. Хотя наверняка есть люди, которые в этой области что-то пытаются сделать. Есть вариант, например, снимать сигналы с нервов, которые идут к голосовым связкам, к языку, к губам, и посмотреть, можем ли мы на основе двигательной информации от артикуляционного аппарата что-то понять про то, что человек хочет сказать.
Есть зона Брока́, есть зона Ве́рнике, между ними есть проводящие пути, и вся эта система очень сложна для нашего нынешнего понимания. К сожалению, это та самая история, когда как поломать знаем, а как починить — не очень. Ломать проще.
Как люди вообще овладевают языком?
Мои представления о языке и о том, как это все устроено в мозге, сформировались на основе книги Стивена Пинкера «Язык как инстинкт». Это довольно старая книжка, она была переведена на русский язык в 2009 году, а оригинал вышел в 1994. Пинке продвигает мысль о том, что овладение языком — это инстинкт, то есть внутри мозга есть субстрат, на котором формируется язык. Более того, мы знаем, что если человек до какого-то критического возраста прожил вне языка, он не может им овладеть. Маугли, который где-то в Индии с волками жил до 10–12 лет, был просто не в состоянии после этого овладеть языком как техникой коммуникации. При этом есть критические окна, и для того чтобы овладеть языком очень хорошо, нужно быть в контексте речи и коммуникации до трех лет. После трех уже становится хуже, но человек все еще в состоянии овладеть простыми конструкциями, хотя, скорее всего он не будет «дышать языком».
Когда для освоения языка наступает дедлайн, не очень понятно. Индивидуальные особенности могут влиять, у кого-то эти окна чуть пораньше закрываются, у кого-то попозже. Насколько я понимаю, в районе 8–9 лет поезд уходит.
Можно ли вставить в мозг флэшку и обращаться к ней?
С памятью особенно сложно. При том, сколько сил туда уже зарыто и сколько всего мы знаем, привести все в какую-то понятную концепцию, которую можно рассказать, очень сложно.
Память в мозге это динамическая система, в которой процессы запоминания и забывания находятся в некотором равновесии и при этом они находятся на разных масштабах.
- Вы помните, что вам продиктовали номер: вы читаете его про себя и набираете — это временная память, вы можете запомнить 7 (плюс-минус два) символа.
- Есть память эпизодическая, когда человек может рассказать о том, где он вчера был, что он ел, с кем разговаривал.
- Есть память семантическая, смысловая. Например, вы знаете, что дельфины — это млекопитающие.
- Есть еще то, что называется недекларативными видами памяти. Когда человек учится водить машину, печатать вслепую на клавиатуре — это тоже память.
Память — очень сложная концепция, особенно если мы говорим о мозге, поведении и о том, как мозг взаимодействует с окружающей средой во всех контекстах, которые есть. Но даже когда речь идет об эпизодической памяти и концепциях, мы очень плохо понимаем, как все реализовано в мозге.
У нас есть гиппокамп, и внутри этого гиппокампа происходит консолидация долговременной памяти. Когда речь идет об условных рефлексах, мы можем только приблизительно описать процесс событий. О том, как формируется нейрон Дженифер Энистон, мы ничего не можем сказать. О том, что приводит к тому что нейрон Дженифер Энистон сформировался, а нейрон Лии Ахеджаковой — нет, тоже не можем.
Принципиально в мозге нет разделения между носителем информации и процессором, который обрабатывает эту информацию. Каждый раз, когда человек что-то вспоминает, он немного меняет сеть, внутри которой эта информация хранится. При этом память очень сильно зависит от глубины обработки информации, от того насколько вы сжились с ней. Как все это соотносить с флешкой, совершенно не ясно.
Про науку
Интересно ли российскому ученому поработать в Neuralink?
Мне было бы безусловно очень интересно работать в таком проекте. Но не очень пока понимаю, как у них все будет устроено с точки зрения организации и соотношения технических вопросов с фундаментальными. Потому что я люблю фундаментальную науку, мне очень нравятся вопросы «как» и «почему»: «как работает» и «почему так работает», а не «как сделать что-нибудь» и «почему не работает». Это технический проект, в котором есть очень амбициозные по сложности проблемы и задачи, которые нельзя решить без понимания того, как это все [работа мозга] фундаментально на базовом уровне устроено.
Например, как в мозге происходит кодировка тех же самых движений? Когда мы говорим о двигательной коре — это то, что называется высшие моторные нейроны, те, которые отвечают за концепцию движений. Внутри мозга есть еще некоторое количество двигательных зон, которые отвечают за то, чтобы сигнал дошел по нерву до конкретной мышцы. Они находятся в коре головного мозга с переходом в спинной. Там уже конкретно посылается сигнал на конкретную мышцу: для того, чтобы на 45º согнуть палец в такой-то фаланге.
В самой коре осуществляется концепция. И как эта концепция выглядит, как это множество конфликтующих между собой представительств и двигательных программ соотносятся? Вся эта машинерия нам известна только в теории. Как это все реализовано, и какие есть варианты решения у очень многих технических задач в мозге — это очень интересный вопрос.
Может ли российская наука что-то предложить Neuralink?
У нас не так что бы очень развита нейробиология, здесь не много нейробиологических лабораторий. И большая проблема в том, что оснащение почти любой лаборатории проигрывает оснащению американской или европейской лаборатории. Материально-техническая база у нас чаще всего существенно слабее.
Я бы сказала что Европа и Россия сильны концепциями, у нас много тех, кто занимается теорией. Америка сильна прикладными вещами, они умеют переводить идеи и концепции в работающий продукт, который можно продать, капитализировать, выводить на рынок, биржи и вот это все. Они финансовые гении.
При этом, мне кажется, поток ученых в США набирается, чаще всего из Индии, Китая, Европы. У них, конечно, очень молодая нация, ученых в 4–5 поколении американцев я не так чтобы много знаю. Почти все американцы, которые приезжают, это [этнические] китайцы, корейцы, индусы, ирландцы.
Что касается нас, России, у нас есть преимущество. Здесь не такие серьезные этические комитеты. Чтобы провести в Европе или США исследование, его нужно согласовывать в 10 тысячах инстанций на начальном этапе. А у нас организовать это гораздо проще. У нас гораздо меньше институтов, которые занимаются соблюдением прав в каждой последней запятой и закорючке — что животных, что людей. Не знаю, насколько это хорошо или плохо, но, тем не менее, для науки это некоторый бонус. Потому что то, что сложно и очень дорого проводить в Европе с точки зрения экспериментального исследования, гораздо проще организовать в России.
Второй момент — это теоретические работы: концепции, проверка идей, работа с открытыми базами данных и проверка идей в формате: «Нам пришла в голову такая прекрасная идея, мы посмотрели, что в мире сделали и на основе тех данных, которые собрали не мы, нашли вот такую вот интересную штуку».
Как от экспериментов над животными обычно переходят к людям?
Чтобы провести эксперименты даже на животных, нужно одобрение комиссии. Почти в любом научном учреждении есть этический комитет. Это касается даже мышей. Я не знаю на счет дрозофил, но мне кажется что с мухами и маленькими червячками Caenorhabditis elegans пока еще комиссии не нужны, чтобы над ними проводить эксперименты. А вот если вы хотите вставить в мозг мыши или крысе электрод и посмотреть, как она будет себя чувствовать, нужно одобрение комиссии.
Вы должны доказать, что вы готовы проводить эти исследования и они вам необходимы. То есть, что нет других способов получить информацию, которая вам нужна. Вы проверяете и собираете данные о том, насколько это безопасно, не вызывает ли это каких-нибудь воспалений или еще чего-то такого. Понятное дело, что на 100% застраховаться нельзя, но какие-то доводы у вас должны быть: что вы собираетесь делать, что может пойти не так. Комиссия рассматривает доводы и решает, что исследование в таком виде можно одобрить.
В комиссию входят медики — точно такие же коллеги-ученые, которые руководствуются некими принципами: будет ли животное страдать, насколько эти страдания необходимы, можно ли их сократить. Любая операция на животном — это в общем для него не очень приятный опыт. Мы не можем спросить, но догадываемся.
Когда речь о людях, все сложнее. Комиссия уже не только внутренняя, особенно если речь идет об инновационных исследованиях. Та же самая FDA занимается тем, что рассматривают технологии и лекарственные препараты: все, что касается людей и их здоровья, и оценивает риски. Можно ли конкретно это исследование проводить в том виде, в котором оно есть? Достаточно ли собрано информации на животных?
Дальше, в зависимости от того, что тестируется, иногда все начинается со здоровых добровольцев, на которых проверяют в ограниченной концентрации лекарственные препараты. Иногда, когда речь идет о тяжелых заболеваниях и на здоровом человеке ничего проверить не получится, в группу берут людей с травмой. Например, с переломом позвоночника, который привел к параличу рук и ног. Или раковых больных — химиотерапия часто проверяется на людях, потому что это единственный их шанс на выживание. В этом случае гораздо проще получить одобрение и разрешение даже с некоторыми сомнениями в том, что это будет полностью безопасно.
Что почитать о науке и мозге, если ты не ученый, но интересуешься?
Мне кажется, знакомство с темой начинается с Евгении Тимоновой и «Все как у зверей». Потом люди переходят воронкой на серию книг «Элементы». И если вам уже все понятно на «Элементах» и хочется дальше, вы можете пойти на сайт «Биомолекула» — это научно-популярный сайт для тех, кто хочет разобраться во всех деталях. Там есть статьи про нейропротезирование и осенью появится статья про Neuralink — про то, как там все устроено и для чего нужно. Кроме того, там много материалов по молекулярной биологии, генетике, биохимии, нейробиологии и медицинским прикладным вещам. Например, про будущее кохлеарных имплантов.
