В конце сентября в журнале Current Biology вышла статья, о которой уже сегодня можно говорить как о заметном шаге вперед в сфере нейро-технологий. Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли, используя данные об активности коры головного мозга, воссоздали динамические образы, которые наблюдает человек. Сразу стоит оговориться, что речь не идет о чтении мыслей. Но это существенная предпосылка создания качественно новых технологий, преодолевающих барьер между мыслительной деятельностью человека и вычислительной техникой. Как именно этот шаг был сделан и что может последовать за ним – об этом сегодняшняя Техносреда.
Процесс представления визуальной информации в коре головного мозга, как хорошо известно, опосредован изменением состояния огромного количества (миллиардов) нейронов. Эти клетки образуют сложную разветвленную сеть, которая и обрабатывает визуальную информацию. Их можно представить, как фильтр визуального сигнала.
Измерить (химическую и электрическую) реакцию каждого нейрона в живом организме пока невозможно, но существуют опосредованные методы исследования. fMRI – функциональный ядерно-магнитный резонанс – позволяет регистрировать изменения в кровотоке, питающем нейроны. Это дает информацию не об отдельных нейронах, а о т.н. вокселях (voxels) – небольших объемах нейронной ткани, включающей в себя сотни тысяч нейронов. В этой серии экспериментов были выбраны воксели размером 2 на 2 на 2,5 мм. Измерялись поток крови, ее объем и степень насыщения кислородом. Этот метод называется BOLD.
Добровольцы (в роли которых выступали сами авторы работы) помещались в гигантский магнит (основную часть установки fMRI), и в течение нескольких часов каждому из них показывали случайным образом выбранные ролики из YouTube. Активность мозга при этом фиксировалась и затем сопоставлялась с просматриваемыми образами. Компьютерный анализ данных строился на двухступенчатой модели, которая позволила найти соответствия между образами на экране и активностью мозга, или точнее – изменениями в кровообращении.
Сложность такого сопоставления заключалась в том, что у исследователей были только данные о сравнительно крупных участках коры, но не об отдельных нейронах. Другая сложность заключалась в низком временном разрешении данных о кровотоке. Они изменяются в течение нескольких секунды, в то время как визуальная информация обрабатывается за доли секунды. Обе этих (и другие) сложности оказались преодолимы благодаря новой математической модели, использованной исследователями.
После «обучения» программы участники эксперимента снова забирались в гигантский магнит, но на этот раз им демонстрировались ролики из другого набора, который никак не пересекался с первым. Активность мозга снова записывалась, и далее происходило самое интересное.
По этой, записанной во втором эксперименте активности, «обученная» программа восстанавливала ролики, которые просматривали подопытные. О качестве реконструкции можно судить по сопоставлению оригинала и прочитанной из коры головного мозга картинки.
Оно далеко от идеального, но явно превосходит случайные величины. Иными словами, исследователям удалось получить информацию, пусть и ограниченную, о движущихся образах, которые наблюдает человек, по активности нейронов. До этого ученым удавалось реконструировать только статическую картинку. Более подробно можно узнать об экспериментах здесь.
Если эта технология разовьется в более точную и простую – а это, видимо, вскоре и произойдет, – она сделает возможным качественно новые интерфейсы между компьютером и человеком. В частности, станет возможным прямое считывание визуальной информации из коры головного мозга в компьютер и, таким образом, управление компьютером без участия рук и даже сознания как такового: обработка визуальной информации происходит до собственно мыслительного процесса.
Кроме того, эта технология открывает новые возможности исследования процессов в коре мозга. Она же потенциально позволяет исследовать воздействие лекарственных препаратов на кору и, возможно, послужит первым шагом для создания «нейронных протезов» для пострадавших от инсульта.
Все это не означает, что данная технология как-либо помогает «проецировать» изображения в мозг человека. Ее другие ограничения таковы: качество реконструкции образов зависит от данного человека и требует длительного лабораторного исследования. В текущем состоянии она непригодна ни для клинического, ни тем более массового потребительского применения. Но это только начало подобных технологий, и их развитие, скорее всего, будет стремительным.
Американское общество технологично. Лучшие умы со всего света создали в США критическую интеллектуальную массу во многих областях науки и техники. В «Технологиях» пойдет речь о них, но не только. Само понятие "технология" в Америке применимо буквально ко всему, в том числе к обществу. Новые материалы в рубрике «Технологии с Крыловым» каждую неделю по средам
