Чтение мыслей с помощью машин

В классическом романе Александра Дюма «Граф Монте-Кристо» персонаж по имени месье Нуартье де Вильфор переносит ужасный инсульт, в результате которого его парализует. Хотя он остается бодрствующим и сознательным, он больше не может двигаться или говорить, полагаясь на то, что его внучка Валентина будет читать алфавит и листать словарь, чтобы найти нужные ему буквы и слова. С помощью этой элементарной формы общения решительному старику удается спасти Валентину от отравления мачехой и помешать сыну выдать ее замуж против ее воли.

Изображение Дюма этого катастрофического состояния – когда, по его словам, «душа заперта в теле, которое больше не подчиняется его командам» – является одним из самых ранних описаний синдрома запертости. Эта форма глубокого паралича возникает при повреждении ствола головного мозга, обычно в результате инсульта, а также в результате опухолей, черепно-мозговой травмы, укуса змеи, злоупотребления психоактивными веществами, инфекции или нейродегенеративных заболеваний, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС).

Считается, что это заболевание редкое, хотя трудно сказать, насколько редкое. Многие запертые пациенты могут общаться посредством целенаправленных движений глаз и моргания, но другие могут стать полностью неподвижными, потеряв способность даже двигать глазными яблоками или веками, что делает команду «моргните дважды, если вы меня понимаете» спорной. В результате пациенты могут провести в среднем 79 дней в неподвижном теле, в сознании, но не в состоянии общаться, прежде чем им будет поставлен правильный диагноз.

Появление мозго-машинных интерфейсов породило надежды на восстановление связи людей, находящихся в этом запертом состоянии, что позволит им восстановить связь с внешним миром. Эти технологии обычно используют имплантированное устройство для записи мозговых волн, связанных с речью, а затем используют компьютерные алгоритмы для перевода предполагаемых сообщений. Самые захватывающие достижения не требуют моргания, отслеживания глаз или попыток вокализации, а вместо этого улавливают и передают буквы или слова, которые человек произносит молча в своей голове.

«Я чувствую, что эта технология действительно имеет потенциал помочь людям, которые потеряли больше всего, людям, которые действительно изолированы и вообще больше не могут общаться», — говорит Сара Вандельт, аспирантка кафедры вычислений и нейронных систем Калифорнийского технологического института в Пасадене. . Недавние исследования Вандельта и других предоставили первые доказательства того, что интерфейсы «мозг-машина» могут декодировать внутреннюю речь. Эти подходы, хотя и многообещающие, часто являются инвазивными, трудоемкими и дорогостоящими, и эксперты сходятся во мнении, что они потребуют значительно большего развития, прежде чем они смогут дать возможность высказать свое мнение изолированным пациентам.

Задействовать мозг – но где?

Первым шагом в создании интерфейса «мозг-машина» является решение, к какой части мозга подключиться. Когда Дюма был молод, многие считали, что контуры черепа человека служат атласом для понимания внутренней работы разума. Красочные френологические диаграммы с заблокированными участками человеческих способностей, таких как доброжелательность, аппетит и речь, до сих пор можно найти в старинных медицинских учебниках и отделах домашнего декора универмагов. «Теперь мы, конечно, понимаем, что это чепуха», — говорит Дэвид Бьонес, нейробиолог и научный сотрудник Калифорнийского технологического института. Фактически, теперь стало ясно, что наши способности и функции возникают из сети взаимодействий между различными областями мозга, причем каждая область действует как узел нейронной сети. Эта сложность представляет собой как проблему, так и возможность: поскольку пока не обнаружено ни одной области мозга, отвечающей за внутренний язык, целым рядом различных областей могут стать жизнеспособные цели.

Например, Вандельт, Бьонес и их коллеги обнаружили, что часть теменной доли, называемая надкраевой извилиной (SMG), которая обычно связана с хватанием предметов, также сильно активируется во время речи. Они сделали удивительное открытие, наблюдая за участником исследования с тетраплегией, которому в пистолет-пулемет был имплантирован массив микроэлектродов — устройство размером меньше головки канцелярской кнопки, покрытое множеством уменьшенных металлических шипов. Массив может записывать срабатывание отдельных нейронов и передавать данные через клубок проводов на компьютер для их обработки.