Зашто комуникација између мозга и мозга више није незамислива

Телепатија, око 23. века: Вулканска глава ума, остварена додиром храмова врховима прстију, прихваћена је техника за унапређивање заплета епизоде ​​„Звездано путовање“ са минималним дијалогом, дељењем сензорних утисака, сећања и мисли између нељудски ликови.

Повезана читања

Изван граница

Купи

Сличан садржај

• Овај генијални потез могао би вам дозволити да пишете својим мозгом

Телепатхи, 2015: У Центру за сензоримоторно неуронско инжењерство Универзитета у Васхингтону, млада жена доноси поклопац електроенцефалограма, испуњен електродама које могу очитати минутне флуктуације напона у њеном мозгу. Она игра игру, одговара на питања скрећући поглед на једно од два стробоскопска светла са ознаком „да“ и „не“. Светло „да“ трепери 13 пута у секунди, „не“ у 12, а разлика је премала да би је опазила, али довољна да рачунар може открити паљење неурона у свом видном кортексу. Ако рачунар утврди да гледа у „да“ лампицу, шаље сигнал у собу у другој згради, где друга жена седи са магнетном завојницом постављеном иза главе. Сигнал „да“ активира магнет, изазивајући краткотрајне поремећаје у видном пољу другог субјекта, виртуелни блиц („фосфен“) који описује као сличан појави топлотне муње на хоризонту. На овај начин, одговори прве жене се преносе другој особи широм кампуса, идући „Стар Трек“ једном бољом: размена информација између два ума који нису ни на истом месту.

За скоро целу људску историју познато је да само пет природних чула служе као пут у мозак, а језик и геста као канали напоље. Сада истраживачи крше те границе ума, премештају информације унутра и ван, кроз простор и време, манипулишући је и потенцијално је побољшавају. Овај експеримент и други су били „демонстрација за започињање разговора“, каже истраживач Рајесх Рао, који га је спровео заједно са колегиницом Андреом Стоццо. Разговор, који ће вероватно доминирати у неурознаности током већег дела овог века, држи обећање о новој технологији која ће драматично утицати на начин на који лечимо деменцију, мождани удар и повреде кичмене мождине. Али такође ће се радити о етици моћних нових алата за унапређење размишљања, и, на крају, о самој природи свести и идентитета.

Та нова студија проистекла је из Раоовог рада на "сучељима мозга и рачунара", који процесирају неуронске импулсе у сигнале који могу да управљају спољним уређајима. Коришћење ЕЕГ-а за контролу робота који може да се креће по соби и може да покупи предмете - што су Рао и његови колеге показали још 2008. године - можда ће бити уобичајено за један дан за квадриплегике.

Роботски костори са тактилним сензорима које овде држи Мигуел Ницолелис откривају промене положаја, температуре и притиска и шаљу те информације у мозак. (Пауло Вхитакер / Реутерс / Цорбис) Да би мозак неинвазивно пратио, Рајесх Рао уклапа учеснике студије са ЕЕГ капицама и додаје проводљиви гел тако да власиште и електроде буду у добром контакту. (Јосе Мандојана) Опрема коју су истраживачи користили у демонстрацији укључује ЕЕГ капу, ЕЕГ електроде, каблове, контролну кутију и појачало сигнала. (Јосе Мандојана) Мајмуни у недавној студији користили су свој мозак за контролу виртуелне руке и манипулацију виртуелним објектима. Електрични сигнали враћени у мозак опонашали су осећај додира. (Ницолелис Лаб) Истраживачи крше границе ума, премештају информације унутра и ван, кроз простор и време. (Јосе Мандојана) Истраживачи са Универзитета у Вашингтону Рајесх Рао (лево) и Андрев Стоццо (десно) учествују у првој демонстрацији сучеља између мозга и мозга. (Универзитет у Вашингтону)

По ономе што Рао каже да је прва инстанца поруке која је послата директно из једног људског мозга у други, он је уписао Стоццо да помогне у игрању основне игре „Спаце Инвадерс“. Док је једна особа посматрала напад на екрану и комуницирала користећи само мисли да је најбољи тренутак да пуца, друга је добила магнетни импулс због којег је његова рука, без свесног напора, притискала дугме на тастатури. Након неке праксе, каже Рао, у томе су се јако добро снашли.

"То је лепо", рекао сам кад ми је описао поступак. "Можете ли га натерати да свира клавир?"

Рао је уздахнуо. "Не са оним што сада користимо."

Уз све што је наука последњих деценија проучавала и мапирала мозак, ум остаје црна кутија. Чувени есеј филозофа из 1974. године, Тхомас Нагел, питао је: "Шта је то бити шишмиш?" И закључио да то никада нећемо знати; друга свест - друга особа, а камоли припадник друге врсте - никада не може бити схваћена или јој се не може приступити. Тада је Рао и неколицина других отворио та мала сићушна пукотина, запажено достигнуће, чак и ако је дело углавном подвукло колики је велики изазов, и концептуално и технолошки.

Рачунарска снага и програмирање су изазов; проблем је интерфејс између мозга и рачунара, а посебно онај који иде у правцу од рачунара до мозга. Како испоручујете сигнал правој групи нервних ћелија између процењених 86 милијарди у људском мозгу? Најефикаснији приступ је имплантирани примопредајник који може бити жичан да стимулира мале области мозга, чак и до једног неурона. Такви се уређаји већ користе за „дубоку стимулацију мозга“, технику лечења пацијената са Паркинсоновим и другим поремећајима електричним импулсима. Али једна ствар је извршити операцију мозга због неизлечиве болести, а нешто друго урадити у оквиру експеримента, о чијим користима се у најбољем случају спекулише.

Тако је Рао користио технику која не укључује отварање лобање, флуктуирајуће магнетно поље да би се индуцирала сићушна електрична струја у неком делу мозга. Изгледа да је безбедно - први добровољац му је био сарадник, Стоццо - али то је груб механизам. Најмања површина која се на овај начин може стимулисати, каже Рао, није дугачка свега пола инча. Ово ограничава његову примену на велика кретања мотора, као што је притискање на дугме или једноставна комуникација да или не.

Чини се да је други начин преношења информација, назван фокусираним ултразвуком, способан да стимулише подручје мозга као зрно пиринча. Док медицинске апликације за ултразвук, као што су снимање и аблација ткива, користе високе фреквенције, од 800 килохерца до мегахерц распона, тим који је водио Харвард радиолог Сеунг-Сцхик Иоо открио је да фреквенција од 350 килохерца функционише добро и очигледно сигурно, да пошаље сигнал мозгу пацова. Сигнал је настао од људског добровољца опремљеног ЕЕГ-ом, који му је узорковао мождане таласе; када се фокусирао на одређени образац светла на екрану рачунара, рачунар је упутио ултразвучни сигнал пацову, који је као одговор померао реп. Иоо каже да пацов није показао лоше ефекте, али сигурност фокусираног ултразвука на људски мозак није доказана. Део проблема је у томе што, за разлику од магнетне стимулације, механизам помоћу којег ултразвучни таласи - облик механичке енергије - ствара електрични потенцијал није у потпуности схваћен. Једна је могућност да дјелује индиректно „искачући“ отворене везикуле, или врећице, унутар ћелија мозга, преплављујући их неуротрансмитерима, као што је достављао снимак допамина у тачно право подручје. Алтернативно, ултразвук би могао изазвати кавитацију - бубрење - у ћелијској мембрани, мењајући њена електрична својства. Иоо сумња да мозак садржи рецепторе за механичку стимулацију, укључујући ултразвук, који су неурознанственици углавном превидјели. Такви рецептори би, на пример, објаснили феномен „виђења звезда“, или бљескова светлости, од ударца у главу. Уколико се фокусирани ултразвук покаже сигурним и постане изведив приступ интерфејсу компјутер-мозак, отворио би се широки спектар неистражених - у ствари, једва замишљених - могућности.

Директна вербална комуникација међу појединцима - софистициранија верзија Раоовог експеримента, са две повезане особе које размењују експлицитне изјаве размишљајући их - најочитија је примена, али није јасно да врсти која поседује језик треба технолошки напреднији начин да се каже „ Касним, "или чак" волим те. "Јохн Тримпер, докторски студент психологије са универзитета Емори, који је написао о етичким импликацијама сучеља између мозга и мозга, спекулише да технологија, " нарочито путем бежичне везе преношења, евентуално би могла омогућити војницима или полицији - или криминалцима - да тихо и прикривено комуницирају током операција. "То би било у далекој будућности. До сада је најбогатија порука послата мозгом између мозга између људи путовала од теме у Индији до оне у Стразбуру, у Француској. Прва порука, коју је група са седиштем у Барселони марљиво кодирала и декодирала у бинарне симболе, била је „ хола “. Са софистициранијим сучељем може се замислити, рецимо, парализована жртва можданог удара која комуницира са неговатељицом - или његовим псом. Ипак, ако оно што он каже: „Донесите ми новине“, постоје или ће ускоро бити синтисајтери говора - и роботи - који то могу. Али шта ако је особа Степхен Хавкинг, велики физичар погођен АЛС-ом, који комуницира користећи мишић образа да бисте уписали прва слова ријечи? Свет би сигурно могао да има користи од директног канала ка његовом уму.

Можда још увек размишљамо премало. Можда аналогна природном језику није убилачка апликација за интерфејс од мозга до мозга. Уместо тога, мора да је нешто глобалније, амбициозније - информације, вештине, чак и сирови сензорни унос. Шта ако би студенти медицине могли да преузму неку технику директно из мозга најбољег светског хирурга, или ако музичари директно могу приступити сећању великог пијаниста? „Постоји ли само један начин учења вештине?“, Размишљао Рао. „Може ли бити пречица и да ли је то варање?“ На другом крају није потребно чак ни други људски мозак. То би могла бити животиња - шта би било да доживљавате свет кроз мирис, попут пса - или ехолокацијом, попут шишмиша? Или би то могао бити претраживач. „Варање на испиту је ако ваши паметни телефон претражујете ствари на Интернету, “ каже Рао, „али шта ако сте већ повезани на Интернет кроз мозак? Све више мерило успеха у друштву је колико брзо приступамо, пробављамо и користимо информације које се налазе тамо, а не колико можете упасти у своје памћење. Сада то радимо прстима. Али, има ли нечег погрешног у томе да то радите само размишљањем? "

Или, то би могао бити ваш властити мозак, учитан у неком провизорном тренутку и дигитално сачуван за будући приступ. „Рецимо да годинама касније имате мождани удар“, каже Стоццо, чија је сопствена мајка имала мождани удар у 50-има и никада више није ходала. „Сада идете на рехабилитацију и то је као да опет учите ходати. Претпоставимо да сте управо ту способност могли да преузмете у свој мозак. Не би функционисало савршено, највероватније, али било би велико почетно напредовање те способности. "

Мигуел Ницолелис, креативни војводски неурознанственик и очаравајући предавач у кругу ТЕД Талкс, зна вредност добре демонстрације. За Светско првенство 2014. године Ницолелис - фудбалски навијач рођен у Бразилу - сарађивао је с другима како би направио роботски егзоскелет који се контролише ЕЕГ импулсима, омогућавајући младом параплегичару да испоручи церемонијални први ударац. Велики део његовог посла сада се бави комуникацијом између мозга и мозга, посебно у високо езотеричним техникама повезивања умова како би заједно радили на неком проблему. Умови нису људски, па он може користити електронске имплантате, са свим предностима које преноси.

Један од његових најупечатљивијих експеримената укључивао је пар лабораторијских пацова, који су заједно учили и кретали се синкроно док су комуницирали путем можданих сигнала. Пацови су обучавани у кућишту са две полуге и светлом изнад сваке. Свјетло лијеве или десне стране би бљеснуло, а штакори су научили да притисну одговарајућу полугу да би добили награду. Затим су раздвојени и сваки опремљени електродама у моторном кортексу, повезани преко рачунара који су узорковали мождане импулсе из једног пацова („кодер“), а другом слали сигнал („декодер“). Штакор „давача“ угледао би један лагани блиц - рецимо, леви - и гурнуо леву руку да добије награду; у другом пољу би бљеснула оба светла, тако да "декодер" не би знао коју ручицу да притисне - али кад прими сигнал од првог штакора, отишао би и лево.

Ницолелис је додатној спретности додао ову демонстрацију. Када је штакор за декодер направио тачан избор, био је награђен, а давач је добио и другу награду. Ово је послужило да ојача и ојача (несвесно) неуронске процесе који су му узорковани у мозгу. Као резултат тога, обојица штакора су постали тачнији и бржи у својим одговорима - „пар умрежених мозгова… преносећи информације и сарађујући у стварном времену.“ У другој студији, повезао је три мајмуна за контролу виртуелне руке; сваки је могао да је помера у једној димензији, и док су гледали екран научили су да раде заједно како би манипулирали на тачну локацију. Каже да може замислити да помоћу ове технологије помогне жртви можданог удара да поврати одређене способности умрежујући свој мозак са здравим добровољцем, постепено прилагођавајући пропорције уноса све док пацијентов мозак не обави сав посао. А он верује да се овај принцип може продужити на неодређено време, да би се прикупили милиони мозгова да раде заједно у „биолошком рачунару“ који је решавао питања на која није могуће поставити или одговорити у бинарном облику. Можете питати ову мрежу мозга за смисао живота - можда нећете добити добар одговор, али за разлику од дигиталног рачунара, „то“ би бар разумело питање. Истовремено, Ницолелис критикује напоре за опонашање ума у ​​дигиталном рачунару, без обзира колико био моћан, говорећи да су „лажно и да троше милијарде долара.“ Мозак делује по различитим принципима, моделирајући свет аналогијом . Да би то пренео, он предлаже нови концепт који он назива „годелијске информације“, након математичара Курта Гедела; то је аналогни приказ стварности који се не може свести на бајтове и никад га не може заробити мапа веза између неурона („Пошаљите свој ум“, погледајте доле). „Рачунар не генерише знање, не врши интроспекцију“, каже он. "Садржај мозга штакора, мајмуна или људског мозга много је богатији него што бисмо то икада могли симулирати бинарним процесима."

Најновије теме овог истраживања укључују стварне протезе мозга. На Универзитету Јужна Калифорнија, Тхеодоре Бергер развија протезу засновану на микрочиповима за хипокампус, део мозга сисара који обрађује краткорочне утиске у дугорочно памћење. Улази у неуроне на улазној страни, води сигнал путем програма који опонаша трансформације које хипокампус обично изводи, и шаље га назад у мозак. Други су користили Бергерову технику да би послали сећање на научено понашање од једног пацова до другог; онда је други пацов задатак научио за много мање времена него иначе. Да будемо сигурни, овај рад је изведен само код пацова, али пошто је дегенерација хипокампуса један од карактеристика деменције код људи, потенцијал овог истраживања је огроман.

С обзиром на важне тврдње о будућем потенцијалу комуникације између мозга и мозга, корисно је навести неке ствари које се не полажу. Прво, нема импликације да људи поседују било који облик природне (или натприродне) телепатије; напони који трепере у вашој лобањи једноставно нису довољно јаки да их други мозак чита без електронског побољшања. Ни сигнали (са било којом технологијом коју поседујемо, или предвиђањем) не могу се преносити или примати скривено или на даљину. Рад вашег ума је сигуран, осим ако неком другом не дате кључ подношењем имплантата или ЕЕГ-а. Међутим, није прерано почети разматрати етичке импликације будућег развоја, као што је способност имплантације мисли код других људи или контроле њиховог понашања (на пример, затвореници) користећи уређаје дизајниране за те сврхе. „Технологија у овом тренутку надмашује етички дискурс“, каже Еморијев Тримпер, „и ту ствари постају заморне.“ Узмите у обзир да је велики део можданог промета у тим експериментима - и свакако било шта попут Ницолелисове визије стотина или хиљада мозгова заједнички рад - укључује комуникацију путем Интернета. Ако сте сада забринути да ли неко хакује информације о вашој кредитној картици, како бисте се осећали кад шаљете садржај свог ума у ​​облак? Ипак, постоји још један запис о коме се проучава комуникација између мозга и мозга. Ури Хассон, неурознанственик из Принцетона, користи функционално снимање магнетном резонанцом да истражи како један мозак утиче на други, како су спојени у замршеном плесу знакова и петља за повратне информације. Усредсређен је на комуникацијску технику за коју сматра да је далеко бољи од ЕЕГ-а који се користи транскранијалном магнетном стимулацијом, неинвазивно је и сигурно и не захтева интернет везу. То је, наравно, језик.