Знание-сила, 2008 № 03 (969) - [2]

Мэтью Нэгл

Компьютер обрабатывал полученные сигналы активности головного мозга и преобразовывал их в электронные команды. С их помощью Нэгл научился перемещать курсор компьютера, открывал электронную почту, включал телевизор, разжимал и закрывал захват механического протеза руки и играл в простые компьютерные игры, например, в «Тетрис», — все это лишь усилием мысли. Впрочем, точность команд иногда страдала: в среднем одна команда из пяти, отданных Нэглом, не выполнялась.

Машина четко выявляла противоречия и недостатки нашего мышления. Так, мало подумать «повернуть влево», чтобы курсор последовал этому воображаемому призыву. Компьютер ждет от человека реального, ощутимого намерения. Нужно мысленно пошевелить левой рукой, согнуть ее пальцы, напрячь мышцы, чувствовать, как компьютерная мышь прижимается к руке. Так что от одной лишь мысли о «левой руке» курсор еще неизвестно куда перемахнет, — может быть, вправо, если вы, отдавая приказ, невольно взглянули, например, на свою правую ногу и бессознательно, не отдавая себе отчета, представили, как она шевельнулась.

Недостаток самого эксперимента, в котором участвовал Нэгл, очевиден, ведь пациента легко могли инфицировать — в течение нескольких месяцев в его черепе зияло отверстие. До сих пор известны лишь отдельные примеры удачного вживления электродов в человеческий мозг. Опыты на животных к тому же показали, что вероятность отторжения имплантата очень высока. При первом же контакте с чужеродным телом нервная ткань защищается. Вокруг него вырастает экран из соединительной ткани. Электрод перестает проводить электрические сигналы.

И все же, по оценкам исследователей, уже к 2010—2012 годам этот метод можно будет применять в клиниках — при условии, что будут разработаны беспроводные системы передачи нервных импульсов в операционную систему компьютера. Благодаря протезу мозг человека, бессрочно заключенного в тюрьму своего тела, может выбраться на свободу, начать снова изъясняться на понятном всем языке.

Другой пример подхода к лечению подобных больных — «машина для чтения мыслей». Электроды, прикрепленные к голове человека, непрерывно снимают его электроэнцефалограмму и передают ее на компьютер, в памяти которого хранятся характерные образцы активности мозга, например, этот узор ЭЭГ соответствует движению руки, этот — ноги. В одном случае, допустим, включатся приборы, присоединенные к компьютеру, в другом — сдвинется с места инвалидное кресло.

После тренировки — а она длится порой месяцами — пациенты приучаются перемещать курсор компьютера одним напряжением мысли и могут даже общаться по интернету, выбирая буквы и складывая из них слова. Впрочем, последнее требует заметных усилий, ведь скорость письма составляет в среднем одну букву в минуту. Движения совершаются с большим запозданием. Время словно замирает для этих больных, не спешит никуда — даже при появлении цели. Ждать, когда сбудется задуманное, надо долго.

Вообще же результаты работы исследовательских групп очень разнообразны. Насчитывается около десятка сигналов головного мозга, которые можно использовать, чтобы управлять с их помощью компьютером. Вот некоторые из них.

• Потенциалы отдельных нейронов или небольших групп клеток. Как и в случае с Нэглом, они фиксируются с помощью электродов, имплантированных в головной мозг.

• Сигнал Р300. Головной мозг реагирует на неожиданное раздражение с некоторым запозданием — примерно в 300 миллисекунд. Это хорошо видно на энцефалограмме. В эксперименте, который провел американский исследователь Эмануэль Дончин, удалось, используя этот сигнал, повысить скорость компьютерного письма, то есть перемещения курсора мысленным усилием. На экране монитора поочередно загорались буквы, и когда человек видел ту самую букву, которую хотел написать, его мозг возбуждался, и электроды фиксировали этот сигнал. Нужная буква оставалась на экране. Начинался поиск следующей.

• Сенсоромоторный ритм (колебания частотой 10 — 20 герц). Его можно фиксировать методом магнитной энцефалографии и электроэнцефалографии. В принципе данный ритм — это «сигнал бездействия». Если, например, измерять активность той части мозга, которая контролирует движения, совершаемые правой рукой, то этот ритм будет максимальным, когда испытуемый не станет шевелить ей. Стоит ему лишь представить себе, что в эту секунду он поднимает правую руку, как сигнал пропадет.

Методы наблюдения за глубинами мозга становятся все изощреннее. «Электроэнцефалограмма — это что- то вроде самолета братьев Райт, а мы летаем уже на F-16», — иронично замечает Дэниел Моран, руководитель эксперимента, проводимого в Вашингтонском университете. Здесь с помощью специального имплантата — тончайшей сетки размером 8 на 8 сантиметров, наносимой на поверхность мозга, — можно транслировать слабые нервные импульсы непосредственно в компьютер. Уже после часовой тренировки четверо участников эксперимента играли в простенькие компьютерные игры.

Еще одно направление исследований — электростимуляция рук или ног. Участники этих экспериментов, лишенные возможности двигаться, мысленно управляют не курсором компьютера, а движениями мускулатуры. Электроды, прикрепленные, например, к ноге пациента, передают нервным волокнам мышц от 20 до 50 электрических импульсов в секунду. Под их действием мышцы здорового человека сокращаются. В данном случае очень важно соблюсти правильный порядок сигналов, иначе движение не состоится. Уже первые эксперименты показали, что электроды нужно имплантировать непосредственно в головной мозг и мускулатуру пациентов, поскольку в противном случае движения получаются очень неточными.