Ласковая Алиса. Куда приведут опыты Маска со «швейной машинкой»

Компания Neuralink Илона Маска заявила о первом опыте вживления электродов в мозг человека. Ее специалисты обещают использовать эту технологию для адаптации парализованных пациентов. Чего ждать, а о чем не стоит и мечтать в области «чтения мыслей», и когда машина начнет понимать настроение человека, RTVI рассказал создатель отечественных нейро-компьютерных интерфейсов, профессор МГУ Александр Каплан.

Каплан Александр Яковлевич
Доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов МГУ имени М.В.Ломоносова.

Компания Илона Маска Neuralink сообщила, что впервые вживила нейрочип в мозг человека. Почему вокруг именно этого события такой ажиотаж, если по подсчетам газеты Washington Post в мире уже есть минимум 42 человека с подобными имплантами, включая мужчину, которому в 2016 году Барак Обама пожал механическую руку?

Действительно Илон Маск опубликовал пост с сообщением о первой для компании Neuralink операции по вживлению электродов в мозг человека. В самом факте вживления электродов в мозг человека нет никакой новизны: этим занимаются чуть ли ни в каждой крупной неврологической клинике во многих странах, включая РФ. Около миллиона человек на Земле уже обеспечено этими устройствами, но только не для телепатии, а для купирования приступов паркинсонизма или эпилепсии. И даже для целей создания нейроинтерфейсов между мозгом и компьютером эти операции для тяжелых пациентов начались более 20 лет назад в университете Эмори в США. Проблема в том, что до сих пор никому не удалось с помощью электронных контактов с нервными клетками наладить эффективное общение между мозгом и компьютером. Самое большее — это очень медленный набор букв на экране компьютера при потере речи или утомительное со многими ошибками управление манипулятором при параличе конечностей. Вот почему такие надежды возлагаются теперь на обещания Илона Маска подключить мозг человека к искусственному интеллекту.

Илон Маск действительно преуспел в различных технологиях, от ракет до автомобилей, почему бы ему теперь не совершить революцию в области телепатии — организовать системы, которые будут напрямую связывать мозг человека с искусственным интеллектом? Собственно, в этом и была его первая объявленная цель. А для этого мозг человека и ИИ нужно объединить таким каналом связи, чтобы напрямую мысли и намерения человека передавались в ячейки памяти искусственного интеллекта. И первый шаг — это зарегистрировать нервные импульсы, которые передают нервные клетки друг другу. Эта идея в экспериментах на животных была реализована где-то к концу прошлого века.

Объявленное событие с вживлением электродного комплекса в мозга человека — это безусловно успех Маска, но только не в науке, а в технике. В компании Маска за несколько лет был создан робот для быстрого и аккуратного вживления в мозг огромного числа контактов, до 100 тысяч. Другие исследователи до Маска вживляли животным и пациентам всего 200-400 контактов, а то и меньше. Проблема только в том, что введенные в мозг контакты располагаются между нервными клетками случайным образом, и потому далеко не у каждого контакта клетка может оказаться в такой близости, что станет слышна своими нервными импульсами. Обычно на сотню контактов всего менее четверти оказываются на связи с нервными клетками.

В чем именно технологическое достижение Маска? Не повреждаются ли ткани мозга при вживлении такого количества электродов?

Вероятность того, что какой-то из тончайших электродов при вживлении в мозг проткнет какую-то нервную клетку, крайне мала, поскольку эти клетки очень малы, всего около 10 микрон, и достаточно редко расположены в мозговой ткани. Но даже если какие-то клетки повредятся, их в мозгу настолько так много, что потеря будет незаметной.

Сама техника вживления контактов в мозг посредством робота Маска выглядит весьма элегантно: оптическая система высматривает в коре точку, свободную от кровеносных сосудов, и далее именно в эту точку входит очень тонкая игла, заправленная еще более тонким волоском. Этот волосок на самом деле — многожильный кабель, и каждый проводок в этом кабеле оканчивается неизолированным срезом-контактом в разных местах по всей длине волоска. Вот и получается — один волосок , это 64 контакта, 10 волосков — 640 контактов и т.д. За 20 минут эта швейная машинка, как называет своего робота Маск, вводит до 3000 контактов. Несомненно, это самое передовое достижение в области вживления электродов в мозг. Заметим, не чипов, а именно проводниковых систем для регистрации нервных импульсов и выведения их «наружу» на компьютер для обработки и анализа.

А что делается далее с этим потоком нервных импульсов ?

А дальше эти потоки нервных импульсов превращаются в команды для управления, например, шариком пинг-понга на экране компьютера. Теперь дело за малым: обезьянки или пациенты должны научиться управлять нервными клетками, как теннисист учится управлять своими мышцами для работы ракеткой. Маск на обезьянах уже продемонстрировал, что его электродные системы хорошо справляются с поставками нервных импульсов в компьютер, так как обезьянки с электродами шустро гоняли по экрану теннисный шарик одними мысленными усилиями. Но, увы, в этом нет никакой новизны: задолго до Маска точно такие игры и даже более интригующие вели подопытные обезьянки в нескольких других американских лабораториях, хотя им было вживлено всего по 100-20 контактов. То же и с тем же числом контактов было в 2012-2013 годах показано в медицинских тестированиях на пациентах. Получается, что в опытах Маска было показано то, что демонстрировалось много лет назад и с гораздо меньшим числом контактов. Иными словами Маск пока не показал, что большое число контактов, которое он так ловко может вводить в мозг при помощи своего робота, обеспечивает какое-то преимущество. Ведь главной проблемой здесь является расшифровка потоков нервных импульсов. А этой проблемой уже заняты многие лаборатории.

Нет ли тут какого-то фундаментального барьера, связанного чисто с физиологией?

Отчасти этот барьер связан с тем, что мы не знаем коды мозга. Представьте, это как прочитать данные с флешки, например, восстановить на экране какую-то картинку, если мы не знаем формата записи данных. Вот также мы не знаем формат данных, точнее шифра, который используют нервные клетки при передаче нервных импульсов по нервным связям и, похоже, никогда не узнаем. Потому что это — слишком большая комбинаторика. Между каждыми двумя клетками идут какие-то нервные импульсы, и как мы узнаем смысл этих импульсов, если их пара связей включена в миллиарды других комбинаций клеток, и вместе они создают команды для управления конечностями, отдельные психические образы, те же мысли?

И эти коды никогда не разгадать?

Я бы сказал так — сейчас нет никаких теоретических идей, как построена кодировка импульсной коммуникации между нервными клетками. Мы научились перехватывать потоки этих нервных импульсов, но еще очень далеки о того, чтобы понять содержащуюся в этих потоках информацию. Тем более, что итоговая информация содержится в совокупной активности сотен миллионов нервных клеток.

Технология Маска нацелена на помощь парализованным пациентам. Но есть ли тут перспективы за пределами этих задач?

Технология Маска, скорее всего, позволит не только воспроизвести уже имеющиеся достижения исследователей в области «мысленного» управления набором букв или управлением сервисных манипуляторов, но сделает возможным значительно повысить динамику этих действий, к примеру, полностью парализованного человека. Скажем, буквы он сможет набирать даже быстрее, чем здоровый человек. Что же касается использования инвазивных нейроинтерфейсов вне медицинской области, то я, честно говоря, не вижу перспектив этой технологии для здоровых людей. Во-первых, здоровые люди вряд ли массово будут соглашаться на нейрохирургические операции, чтобы набирать буквы силой мысли, а не здоровыми пальцами, или управлять автомобилем, сидя за рулем с проводами в голове. Здоровому человеку это просто не нужно.

Связать мозг человека с внешней памятью в надежде, что мы будем складывать все из мозга на внешний диск, тоже не удастся, потому что у нас нет для этого кодов мозга, нет кодов потоков нервных импульсов.

А с точки зрения более глубокого познания механизмов работы мозга?

Полученные с помощью этих технологий данные могут позволить подойти к расшифровке опять же медицинских проблем, связанных с природой нейродегенеративных заболеваний мозга, которые сейчас грозят человечеству — альцгеймер, деменция, рассеянный склероз и другие. Что-то можно получить и для построения обобщенных теорий работы мозга. Но не будем забывать, что данные инвазивных исследований могут быть получены только по медицинским показаниям у пациентов с тяжелыми поражениями мозга. На здоровых людях такие исследования просто запрещены.

Ранее вы упоминали о другой важной проблеме инвазивного метода — отторжении электродов тканями мозга. С этим можно как-то бороться или это другая фундаментальная проблема?

В каком-то смысле это тоже фундаментальная проблема, потому что мозг, как и любые другие ткани организма обладают свойством защищаться от внедряемых в него чужеродных объектов. Как от занозы в пальце.

Конечно, технологи изощряются, делают эти электронные комплексы из все более инертных материалов, все более гибких, но, что бы вы ни сделали, это все чуждые для организма внедрения. Поэтому здесь пока что не видно никакого пути преодоления проблемы несовместимости. Поэтому через два, три года, если не возникнет воспалительный процесс еще раньше, эти устройства обрастут соединительной тканью, и их нужно будет вытаскивать.

Вы занимаетесь неинвазивными нейроинтерфейсными технологиями, при которых электроды не внедряются непосредственно в мозг, и не используется трепанация. Почему вы считаете эту технологию перспективнее?

Такие технологии, позволяющие получить сигнал мозга и транслировать его во внешние исполнительные устройства, представляются более перспективными, если мы говорим о здоровом человеке, потому что не нужны никакие хирургические операции, достаточно расположить сенсоры на поверхности головы.

В нашей лаборатории человек может сидеть перед экраном компьютера и спокойно набирать текст, при том, что он не говорит и не движется. Причем это делается с высокой точностью, менее 5% ошибок. Если вы задумали какую-то букву, то она будет набрана в 95% случаев.

А вы задумывались над тем, какая бы была скорость и аккуратность при инвазивном способе?

Да, поэтому мы тоже ждем результат Илона Маска, я думаю, что скорость набора и точность повысится. Наши неинвазивные технологии сейчас позволяют набирать девять букв за минуту. Хотя двумя пальцами человек набирает 90. И с помощью инвазивной технологии, думаю, реально достигнуть скорости ручного набора и даже превысить его.

Но все-таки, кроме фантазии о том, что можно силой мысли сигналы передавать на внешние исполнительные устройства, тут нет никаких особых перспектив для использования у здорового человека. Собственно, это показывает опыт 30-летнего существования неинвазивных технологий. В последние 15 лет в сфере неинвазивных нейроинтерфейсных технологий ничего нового для здорового человека придумано не было. Между тем именно в последние 10-15 лет мощный скачок сделали технологии искусственного интеллекта, многократно возросли мощности машин по памяти и скорости вычислительных операций. Пока это никак не помогает в расшифровке кодов мозга.

Действительно ли неинвазивная технология позволяет пока считать у человека не более пяти типов мысленных намерений сигналов и то, в основном, в отношении движений конечностей: сжать кисть в кулак, поднять руку вверх и т.д.

Да, действительно, в соответствующих лабораториях разных стран за 10-15 интенсивной работы по неинвазивным мозговым сигналам научились более менее устойчиво, с хорошей надежностью считывать всего 4-5 мысленных образов.

То есть о том, чтобы с помощью нейроинтерфейсов читать мысли и воспоминания не может идти и речи? И надежды прочитать мысль человека хотя бы об апельсине — пока фантазия?

Здесь надо понимать, с какой надежностью или точностью мы хотим отгадывать мысли: 50 на 50 при выборе из двух, или, скажем 90 на 10? Вот с любыми отвлеченными от тела образами получается именно 50 на 50! А если говорить об образе движения руки, вероятность отгадывания будет уже 0,85, то речь уже действительно идет о распознавании. Таких надежно распознаваемых образов как раз всего 4-5 и это телесные образы.

Но есть одна очень перспективная область, в которой мы работаем. Мы живем в век, когда рядом с нами все более совершенствуются элементы искусственного интеллекта.

И если говорить о нейроинтерфейсных технологиях, то я вижу пока единственную перспективу их использования для создания модулей человеко-ориентированного искусственного интеллекта.

В последние годы в научной литературе действительно заметен всплеск интереса как к нейроинтерфейсным технологиям, так и к теме ИИ. Какие перспективы открывает идея поженить эти технологии?

Я намеренно говорю не «искусственный интеллект», которого попросту нет, а «элементы искусственного интеллекта», к которым отношу, например, сети искусственных нейронов. Так вот, всевозможные сборки из элементов ИИ становятся в последние годы все более «умными» и приобретают все более широкое применение, поскольку начинают управлять машинами и технологическими процессами, свертываться в цифровые модели физических объектов и даже человеческого языка (GPT и др.).

Применение там, где целесообразным становится замена человека во вредных и опасных производствах, например, на атомной станции?

ИИ не злонамерен, в него никто не закладывает, и у него не может зародиться намерение подчинить себе или вовсе уничтожить человека.

И здесь нужно, чтобы ИИ, выполняя целевую задачу, постоянно чувствовал границы физических и психических возможностей человека, он должен быть эмпатичным человеку.

То есть искусственный интеллект должен иметь модуль, который достаточно хорошо понимает человека. Понимает эмпатически — что ему приятно, что неприятно, что находится в пределах человеческих возможностей, а что выходит за эти пределы. Но как передать эти потребности человека в машинную память? Это и есть технологии нейроинтерфейсов -5.0, которые позволяют не управлять чем-то снаружи мозга, а создают канал связи с искусственным интеллектом, взаимодействующий с человеком для понимания его внутренних семантических полей, того насколько далеко расположены в его голове разные ментальные объекты… Вот для этого как раз и могут пригодиться нейроинтерфейсные системы неинвазивного типа.

Вы подаете поток электрических сигналов машине и при этом испытываете разные состояния— радость, горе, тоска, депрессия и так далее. ИИ постепенно начнет понимать эти состояния. И в конце концов, машина станет более чувствительной в отношении внутренних переживаний человека, это и даст нам то новое направление, которое сейчас возникает во всех странах. Это то, что называется человеко-ориентированный ИИ.

Какие важные научные открытия в области нейроинтерфейсов вы можете отметить в последнее время?

Я уже говорил, за 15 лет никаких новых идей, открытий и разработок в области неинвазивных нейроинтерфейсов пока не наблюдается. Те идеи, которые были выдвинуты в конце прошлого века, проверены, но вне области медицины так и не принесли значимых практических результатов. Никто так и не научился посредством таких нейроинтерфейсов управлять автомобилями, умными домами, телепатически коммуницировать. Но появились новые идеи и новые ожидания. В частности, нам удалось сформулировать идею нейроинтерфейсных технологий 5.0 — создание канала взаимного понимания между мозгом человека и искусственным интеллектом.

В каких областях деятельности нейроинтерфейсы могут значительно увеличить производительность человека? Например, когда с помощью нейроинтерфейсов человек сможет отдавать ИИ на аутсорсинг решение задач, требующих большой памяти и высокого быстродействия?

Я пока не вижу технологических возможностей управления человеком ячейками памяти ИИ напрямую от мозга, потому что все это требует предварительного знания кодов мозга, что, как мы уже обсуждали, даже теоретически пока не имеет решений.

В том числе это связано еще и крайними различиями мозга и ИИ по основным параметрам операциональной деятельности: по быстродействию, точности и памяти, по природе самого механизма аналитической деятельности.

То есть вообще, прогноз пессимистический — вы не видите на горизонте таких применений нейроинтерфейсов, которые могли бы поднять творческий потенциал человека, аналитические возможности его мозга на качественно новый уровень? И общество, начитавшись научно-фантастических книг, ждет от ученых невозможного?

Все упирается в отсутствие даже теоретических подходов к воплощению подобного рода фантазий. Это как если в астрофизике сказать — давайте мы попробуем изучать свет самых далеких звезд до того, как эти звезды исчезнут. Но законы физики таковы, что расстояние определяет время распространения света и эти звезды навсегда останутся для нас фантомами, даже, если мы увидим их свет.

Конечно, в нейробиологических науках появляются иногда супертехнологии, на грани фантастики, которые позволяют, в частности, буквально увидеть работу отдельных нервных клеток в больших ансамблях. Например, это опто-генетические технологии. Геном таких клеток предварительно модифицируется таким образом, чтобы при включении этой клетки в работу в ней синтезируется специальный светящийся белок. Тогда россыпи этих светящихся клеток, одновременно включающихся, например, при вспоминании определенного события, могут быть по световым каналам включены в работу ИИ, сигнализируя ему о соответствующем мозговом событии.

Например, вы вспомнили какой-то образ из далекого детства. И в этот момент засветятся нервные клетки, тем самым выдавая какие-то цепочки, которые держат вашу память.

В лабораториях это все делается на животных, но как это перенести в реальную жизнь на здорового человека?

Какие это открывает перспективы? Ведь вряд ли в ближайшем будущем нейроинтерфейс сможет увидеть, что человек вспомнил, как он в далеком детстве перешел на красный свет?

Конечно, если уж мы не можем по сигналам от мозга различить мысленные образы апельсина и автомобиля, то, о чем говорить. Но экспериментальные изыскания в этой области очень важны для исследования механизмов мозга и продвижения на пути к общей теории мозга.

Тогда возможно, объединение нейроинтерфейсов и ИИ приведет к появлению неожиданных приложений в области искусства?

В области изобразительного искусства, нейросети, как мы видим, очень неплохо учатся подражать стилям и темам даже великих художников.

Однако ИИ может быть помощником человека в деле совершенствования некоторых его умений и навыков. Здесь я вижу возможность совершенствования некоторых качеств уже имеющихся в нашем быту появление неких интеллектуальных помощников. Например, можно поручить условной Алисе читать вам книжку не как обычно, дикторским голосом, а с «чувством, с толком, с расстановкой», используя нейроинтерфейс, т.е. с таким выражением, с теми интонациями, которые вам максимально комфортны. В сборке с большими языковыми моделями такие ИИ, тонко чувствующие конкретного человека, его настроение, смогут, наконец, снизить барьеры между человеком и ИИ в так недостающем нам сейчас даже среди людей социальном общении.

Более того, многое за последние 20-30 лет эры нейроинтерфейсных технологий было проверено и оказалось несбыточным.

Число галактик в видимой части Вселенной измеряется сотнями миллиардов. Нейронов в мозге, как вы сказали, 86 млрд. Много ли в этих сущностях общего и стоит ли их сравнивать?

Можно сравнивать количественно и окажется, что мозг несоизмеримо сложнее Вселенной. Несоизмеримо просто потому, что во Вселенной атомы и молекулы распределены и взаимодействуют в соответствии законами физической природы. А в мозгу эти элементы объединились в клетки живой материи, нейроны, способные к информационно-аналитической деятельности. По числу комбинаций взаимодействия между 86 миллиардами нервных клеток в мозгу человека получается, что этот мозг значительно превышает число атомов во Вселенной.

Мозговая система несопоставимо сложнее, чем все Галактики вместе взятые. Мозг — это единственный объект во Вселенной, который позволил взглянуть на эту Вселенную со стороны, глазами Человека разумного.