На пути к суперчеловеку: кому и зачем нужны разработки нейроинтерфейсов

• Миссия электродов для мозга
• Управление "силой мысли"
• Тренд на снижение рисков
• Шесть направлений развития

Миссия электродов для мозга

Основываясь на кричащих заголовках и громких публикациях в медиа, можно сделать вывод, что нейроинтерфейсы обязательно предполагают сложные чипы, вживленные в мозг. Это ошибка. Первая функция BCI – считать электрические сигналы мозга: по сути, снять обычную энцефалограмму, с чем давно справляются ЭЭГ-аппараты. Вот только стандартные электроэнцефалографы лишь частично решают те задачи, ради которых нейроинтерфейсы и разрабатываются.

Глобально таких задач две – «перевод» сигналов мозга в понятные внешней электронике команды, а также целенаправленное воздействие на нейроны в определенных отделах мозга для их активации. Здесь неинвазивные методы (не предполагающие хирургического вмешательства в мозг) могут помочь, но у них есть довольно жесткие ограничения. Поэтому ученым и приходится в буквальном смысле лезть людям в мозги и встраивать миниатюрные электроды но никак не сложные чипы.

«Термин «нейрочип» может создать неверное представление о технологии, – предостерегает основатель компании в области нейротехнологий Neiry Александр Панов. – Во многих случаях имплантируются именно электроды для считывания сигнала или стимуляции нейронов. Они обладают значительными преимуществами по сравнению с неинвазивными нейроинтерфейсами: более высокое качество считываемого сигнала и более сильная стимуляция».

Первоочередная миссия этих процедур – возвращение людям с инвалидностью утерянных функций организма. Иными словами, ученые и врачи хотят вернуть возможность парализованным управлять мышцами тела или, если это все же невозможно, хотя бы напрямую взаимодействовать с электроникой; слепым – вернуть зрение, глухим – слух и так далее. Также предполагается, что с помощью нейроинтерфейсов удастся лечить ряд нейродегенеративных заболеваний, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона.

Для здоровых людей тоже найдется применение BCI. С помощью тех же электродов можно отслеживать состояние работы мозга (уровень стресса, усталости и другие показатели), а в перспективе – расширить существующие возможности органов чувств. Во всех перечисленных направлениях уже сегодня есть ощутимый прогресс, причем это касается как неинвазивных, так и инвазивных методов.

Управление "силой мысли"

Неинвазивные нейроинтерфейсы на сегодняшний день являются наиболее популярными – об этом говорится в исследовании Mordor Intelligence, и к такому же выводу пришли аналитики НИУ ВШЭ. Активное развитие технологии идет благодаря искусственному интеллекту: ИИ-алгоритмы обучаются с достаточно высокой точностью определять характерные паттерны даже в слабых сигналах мозга, снятых при помощи ЭЭГ. Причем такие разработки активно ведутся не только за рубежом, но и в России.

В прошлом году, например, специалисты Южного федерального университета рассказали о разработке нейросетей, которые позволили с точностью до 71,6% расшифровывать сигналы мозга, отвечающие за движения. С помощью этих механизмов можно выстроить эффективный процесс реабилитации пациентов, в том числе за счет стимуляции необходимых отделов мозга (чтобы вновь построить необходимые нейронные связи), а также настроить управление внешними устройствами – например, бионическими протезами.

В сентябре этого года ученые ННГУ им. Н.И. Лобачевского продемонстрировали возможности нейроинтерфейсов для ускорения работы участков мозга, отвечающих за движение и зрение. С помощью ЭЭГ и ИИ-алгоритмов исследователи определили состояния мозга при нарушении обработки двигательной и зрительной информации, а затем применили магнитную стимуляцию для воздействия на нужные участки. Это позволило на 20% ускорить время выполнения контрольных заданий, и эффект сохранялся на протяжении полутора часов. Ученые предполагают, что системная стимуляция будет иметь накопительный эффект.

Поскольку неинвазивные методы не столь опасны и дороги, на рынке постепенно появляются массовые и широкодоступные устройства. Например, в августе в России начались продажи Mind Tracker – своеобразного обруча, который в реальном времени считывает и анализирует активность головного мозга. Как пояснил глава компании-разработчика Neiry Александр Панов, устройство предназначено в первую очередь для мониторинга состояния мозга (что позволит, например, заранее понять, что мозг устал, и дать ему отдохнуть), а также для тренировок с биологической обратной связью.

«Такие тренировки позволяют выработать навык саморегуляции. Например, тренировка альфа-ритма, который вырабатывается в коре головного мозга в состоянии спокойного бодрствования, – объясняет Панов. – Когда человек находится в стрессе, альфа-ритм может быть снижен. После нескольких тренировок, позитивно подкрепляющих проявление альфа-ритма, человек становится спокойнее и продуктивнее реагирует на стрессоры. Таким образом развивается навык стрессоустойчивости».

У подобных разработок есть потенциал и на смежных рынках. Кикшеринг-сервис Whoosh, например, недавно использовал этот же девайс для управления электросамокатом «силой мысли». Связав Mind Tracker с транспортным средством, программистам удалось добиться эффекта ускорения самоката при мысленной фокусировке человека и снижения скорости при расслаблении. Пока это экспериментальный кейс, но он вполне демонстрирует возможности даже неинвазивных нейроинтерфейсов.

Первые нейроэксперименты

До развития искусственного интеллекта качественное распознавание сигналов мозга с целью создания нейроинтерфейса было возможно только с помощью инвазивных методов.

Первый эксперимент на животных состоялся в 1965 году. Испанский ученый Родригес Дельгадо имплантировал электроды в мозг быка, участвовавшего в своего рода корриде. Исследователь вышел на арену с разъяренным животным и сумел остановить его при помощи пульта дистанционного управления – по радиоволнам сигнал был передан на электроды, и бык остановился.

Человеку нейрокомпьютерный интерфейс был имплантирован куда позже – в 2004-м. Парализованному американцу Мэттью Нейглу на один год был вживлен чип от компании Cyberkinetics, который позволил ему управлять компьютером и бионическим протезом. Но через три года после операции, в 2007-м, Нейгл умер от сепсиса.

Тренд на снижение рисков

Самой заметной в медиаповестке среди компаний, занимающихся инвазивными нейроинтерфейсами, является, пожалуй, Neuralink. Это один из проектов миллиардера Илона Маска, который он в своей манере называет громко: «Запасной носитель для вашей нефизической сущности, ваша цифровая душа». Вот только фактически рассказать об успехах проекта пока нечего: сотрудники провели ряд тестов на животных, получили сертификацию регулятора для тестирования на людях и начали искать добровольцев. После чего погрязли в очередном скандале – якобы реальные причины смертей подопытных животных были скрыты. Соответственно, дальнейшая судьба проекта под вопросом.

Тем не менее Александр Панов достаточно позитивно оценивает перспективу развития технологии нейроинтерфейсов в целом. «Как и в случае со многими медицинскими процедурами, такими как лазерная коррекция зрения, пластика или стоматология, хирургические риски установки инвазивных нейроинтерфейсов будут снижаться, – уверен эксперт. – Если обратить внимание на риски другого типа, то многие из них сводятся к вопросу эксплантации: насколько легко электроды можно достать».

Тренд на постепенное снижение рисков косвенно подтверждается успехами конкурента Neuralink – компании Synchron, которая в конце сентября завершила первый этап тестирований на людях и теперь добивается разрешения на новые тесты, уже для выхода на рынок. К слову, компания демонстрирует разницу в подходах к имплантированию электродов: если Neuralink с помощью высокоточного робота встраивает электроды прямо в мозг, то Synchron для этой задачи использует более стандартный стент, позволяющий проникнуть в нужный отдел по кровеносной системе.

Мозг-компьютер

Генеральный директор Synchron Том Оксли называет четыре основные функции нейроимплантов: собственно интерфейсы «мозг-компьютер», мониторинг активности мозга, его картографирование, а также стимуляция, в том числе глубокая (например, для избавления от тремора при болезни Паркинсона). Потребуется еще по крайней мере несколько лет, чтобы новая технология добралась до рынка. Стоить такой интерфейс, по прогнозу Оксли, будет сравнительно недорого – $50–100 тыс.

В будущем глава компании рассчитывает применять ИИ на уровне пользователя – дополнить стандартные алгоритмы взаимодействия между сигналами мозга и электронными устройствами генеративными нейросетями вроде ChatGPT. Это может позволить, например, точнее и быстрее считывать команды или «набирать» текст на экране «силой мысли». Конкретных сценариев такого объединения технологий глава Synchron не назвал.

В Китае тем временем разрабатывается малоинвазивный имплант, который не требует серьезного хирургического вмешательства: он «вкручивается» в слуховой проход, что, во-первых, безопаснее, во-вторых, делает его «съемным». То есть по необходимости его можно извлекать и заменять. Неизвестно, смогут ли этим похвастаться другие импланты. Датчики Synchron, например, за 90 дней обрастают соединительной тканью сосудов и уже едва ли смогут быть извлечены.

В этом, к слову, кроется одна из технологических сложностей BCI, о которых рассказал директор АНО «Лаборатория «Сенсор-Тех» Денис Кулешов на примере разработок собственной компании – нейроимплантов для восстановления зрения. «Среди технологических нюансов наиболее волнующий – это способ изготовления материалов, электродов и остальных имплантируемых компонентов системы. Нужно добиться, чтобы они не прекращали работать на протяжении 10–20 лет, – отмечает эксперт. – С этим часто бывают сложности, поскольку импланты обрастают соединительной тканью внутри живого организма, соответственно, важен правильный подбор материалов, их биосовместимость». Еще одним риском Кулешов называет чрезмерную стимуляцию головного мозга, что может привести к небольшим судорогам. Эта проблема решается на уровне технологии и алгоритмов стимуляции.

«Сенсор-Тех» – одна из немногих российских компаний, которая занимается разработкой нейроимплантов для возвращения слуха, зрения, а также лечения неврологических заболеваний. Кулешов пояснил, что слуховые импланты (кохлеарные) – уже давно и активно применяемая на рынке технология, их установка является рядовой операцией, так что риски уже отработаны. А вот зарегистрированных как медицинское изделие имплантов для восстановления зрения, по его словам, в мире еще нет – все находятся в стадии разработки и испытаний. Причем на людях испытывается только одна разработка – от американского производителя Second Sight.

Все чаще в мире появляются успешные примеры применения нейроинтерфейсов. В прошлом ноябре мужчине, 20 лет назад пережившему инсульт, с помощью 253 вживленных в мозг электродов вернули возможность говорить – технология уже умеет распознавать 1150 английских слов, в будущем словарь планируется расширить до 9 тыс. В сентябре 2023-го в Европе была проведена операция по вживлению парализованному мужчине двух имплантов: в мозг и в брюшную полость. Они стали своеобразным цифровым «мостиком»: сигналы из мозга обрабатываются ИИ-алгоритмом и передаются на второй имплант, а через него – в мышцы. Результаты позволяют разработчику – датской компании Onward быть осторожно оптимистичной: пациент уже смог двигать руками и пальцами.

Шесть направлений развития

Согласно дорожной карте Национальной технологической инициативы «Нейронет» (актуализирована в 2018 году, но представленное в ней сегментирование рынка выглядит актуальным и сегодня), нейроинтерфейсы будут развиваться по шести направлениям. Помимо фармы и медтехники авторы называют образование, развлечения и спорт, коммуникации и маркетинг, ассистенты (все – с приставкой «нейро»). То есть фактически это весь спектр человеческой деятельности. Предполагается, что в будущем BCI проникнут всюду так же, как это сделали сначала компьютерные (клавиатура и мышь), а затем и мобильные (управление пальцами, жестами, голосом) интерфейсы.

Все аналитики сходятся в том, что прежде всего BCI будут развиваться по медицинскому направлению. В ближайшие несколько десятилетий (без точных прогнозов) технологии прочат возможность лечения чуть ли не всех известных заболеваний нервной системы, новые схемы реабилитации после травм, продвинутое управление протезами, прямое взаимодействие с электронными устройствами и так далее.

Александр Панов уверен, что нейроинтерфейсы помогут улучшить когнитивные способности человека, его внимание и память, а также справиться с такими состояниями, как депрессия и расстройство дефицита внимания. «Во многих ситуациях они смогут заменить устройства ввода информации: клавиатуру, мышь, тачскрин, голосовой ввод. Не исключено, что в далеком будущем информация будет доставляться прямо в мозг, минуя привычные органы чувств», – прогнозирует эксперт.

О перспективах расширения возможностей мозга говорит и Денис Кулешов: «Если через несколько лет зрячему добровольцу имплантировать зрительный нейроинтерфейс, он позволит передавать в мозг картинку поверх обычного зрения. Это будет дополнительная возможность видеть – например, очертания предметов и объектов в темноте. Популярными станут импланты для контроля биологических параметров головного мозга. Они позволят отслеживать повышенное давление или плохую работу сердца, смогут анализировать уровень сахара, уровень стресса, возможно, делать экспресс-тесты по различным гормонам». По прогнозу Кулешова, массово ставить себе такие нейроимпланты люди будут в горизонте 20–30 лет.