Dlaczego komunikacja między mózgami nie jest już nie do pomyślenia

Telepatia, około 23 wieku: Połączenie umysłu Vulcan, osiągane poprzez dotykanie świątyń opuszkami palców, jest akceptowaną techniką rozwijania fabuły odcinka „Star Trek” przy minimalnym dialogu, poprzez dzielenie się wrażeniami zmysłowymi, wspomnieniami i przemyśleniami między postacie inne niż ludzkie.

Powiązane odczyty

Ponad granicami

Kupować

powiązana zawartość

• To uderzenie geniuszu pozwoli ci pisać mózgiem

Telepatia, 2015: W Center for Sensorimotor Neural Engineering na University of Washington młoda kobieta zakłada nakrywkę elektroencefalogramu, wysadzaną elektrodami, które potrafią odczytać drobne wahania napięcia w mózgu. Gra w grę, odpowiadając na pytania, zwracając wzrok na jedno z dwóch świateł stroboskopowych oznaczonych „tak” i „nie”. Światło „tak” miga 13 razy na sekundę, „nie” o 12, a różnica jest zbyt mała, by mogła ją dostrzec, ale wystarcza, aby komputer wykrył wystrzeliwanie neuronów w korze wzrokowej. Jeśli komputer stwierdzi, że patrzy na światło „tak”, wysyła sygnał do pokoju w innym budynku, gdzie siedzi inna kobieta z cewką magnetyczną umieszczoną za jej głową. Sygnał „tak” aktywuje magnes, powodując krótkie zakłócenie pola widzenia drugiego obiektu, wirtualny błysk („fosfen”), który opisuje jako podobny do pojawienia się błyskawicy cieplnej na horyzoncie. W ten sposób odpowiedzi pierwszej kobiety są przekazywane innej osobie w całym kampusie, przechodząc do „Star Trek” jeszcze lepiej: wymieniając informacje między dwoma umysłami, które nie są nawet w tym samym miejscu.

Przez prawie całą historię ludzkości znane było tylko pięć naturalnych zmysłów, które służyły jako droga do mózgu, a język i gest jako kanały wychodzące. Teraz badacze przekraczają te granice umysłu, przenosząc i wyprowadzając informacje w przestrzeni i czasie, manipulując nimi i potencjalnie je wzmacniając. Ten i inne eksperymenty były „demonstracją umożliwiającą rozpoczęcie rozmowy” - mówi badacz Rajesh Rao, który przeprowadził ją wraz ze swoją koleżanką Andreą Stocco. Rozmowa, która prawdopodobnie zdominuje neuronaukę przez większą część tego stulecia, zawiera obietnicę nowej technologii, która dramatycznie wpłynie na sposób leczenia otępienia, udaru i urazów rdzenia kręgowego. Ale będzie także dotyczyć etyki nowych, potężnych narzędzi do poprawy myślenia, a ostatecznie samej natury świadomości i tożsamości.

To nowe badanie wyrosło z pracy Rao nad „interfejsami mózg-komputer”, które przetwarzają impulsy neuronowe na sygnały sterujące urządzeniami zewnętrznymi. Użycie EEG do sterowania robotem, który może nawigować po pokoju i zbierać przedmioty - co Rao i jego koledzy wykazali już w 2008 roku - może być kiedyś powszechne dla quadriplegics.

Zrobotyzowane szkielety z czujnikami dotykowymi, trzymane tutaj przez Miguela Nicolelisa, wykrywają zmiany pozycji, temperatury i ciśnienia i przesyłają tę informację do mózgu. (Paulo Whitaker / Reuters / Corbis) Aby nieinwazyjnie monitorować mózg, Rajesh Rao dopasowuje uczestników badania do czapek EEG i dodaje przewodzący żel, aby skóra głowy i elektrody miały dobry kontakt. (Jose Mandojana) Sprzęt użyty przez naukowców podczas demonstracji obejmował czapkę EEG, elektrody EEG, kable, skrzynkę kontrolną i wzmacniacz sygnału. (Jose Mandojana) Małpy w ostatnich badaniach wykorzystywały mózgi do kontrolowania wirtualnego ramienia i manipulowania wirtualnymi przedmiotami. Sygnały elektryczne przekazywane do mózgu naśladowały zmysł dotyku. (Nicolelis Lab) Naukowcy przekraczają granice umysłu, przenosząc informacje do i z przestrzeni kosmicznej i czasowej. (Jose Mandojana) Naukowcy z University of Washington, Rajesh Rao (po lewej) i Andrew Stocco (po prawej) biorą udział w pierwszej demonstracji interfejsu mózg-mózg. (Uniwersytet Waszyngtoński )

W tym, co mówi Rao, była pierwsza instancja wiadomości wysyłanej bezpośrednio z jednego ludzkiego mózgu do drugiego, zaciągnął Stocco do pomocy w podstawowej grze typu „Space Invaders”. Gdy jedna osoba obserwowała atak na ekranie i komunikowała się, wykorzystując tylko najlepszy moment do strzału, druga otrzymała impuls magnetyczny, który spowodował, że jego ręka, bez świadomego wysiłku, nacisnęła przycisk na klawiaturze. Po pewnym treningu Rao mówi, że całkiem nieźle sobie z tym poradzili.

„To miło” - powiedziałem, kiedy opisał mi procedurę. „Czy możesz zmusić go do gry na pianinie?”

Rao westchnął. „Nie z niczym, z czego korzystamy teraz”.

Pomimo tego, że nauka badała i mapowała mózg w ostatnich dziesięcioleciach, umysł pozostaje czarną skrzynką. Słynny esej z 1974 r., Filozof Thomas Nagel, zapytał: „Jak to jest być nietoperzem?” I stwierdził, że nigdy się nie dowiemy; innej świadomości - innej osoby, nie mówiąc już o członku innego gatunku - nigdy nie można pojąć ani uzyskać dostępu. Dla Rao i kilku innych osób otwarcie tych drzwi drobnym pęknięciem jest zatem znaczącym osiągnięciem, nawet jeśli praca przede wszystkim podkreślała, jak duże jest to wyzwanie, zarówno pod względem koncepcyjnym, jak i technologicznym.

Moc obliczeniowa i programowanie są wystarczające. problemem jest interfejs między mózgiem a komputerem, a zwłaszcza ten, który idzie w kierunku od komputera do mózgu. Jak dostarczyć sygnał do właściwej grupy komórek nerwowych spośród około 86 miliardów w ludzkim mózgu? Najskuteczniejszym podejściem jest wszczepiony transceiver, który można podłączyć na stałe, aby stymulować małe obszary mózgu, nawet do jednego neuronu. Takie urządzenia są już używane do „głębokiej stymulacji mózgu”, techniki leczenia pacjentów z chorobą Parkinsona i innymi zaburzeniami za pomocą impulsów elektrycznych. Ale jedną rzeczą jest wykonanie operacji mózgu w przypadku nieuleczalnej choroby i coś innego w ramach eksperymentu, którego korzyści są w najlepszym razie spekulacyjne.

Więc Rao zastosował technikę, która nie wymaga otwarcia czaszki, fluktuacji pola magnetycznego, aby indukować niewielki prąd elektryczny w obszarze mózgu. Wydaje się być bezpieczny - jego pierwszym wolontariuszem był jego współpracownik, Stocco - ale jest to prymitywny mechanizm. Rao mówi, że najmniejszy obszar, który można w ten sposób stymulować, nie ma średnicy pół cala. Ogranicza to jego zastosowanie do dużych ruchów silnika, takich jak naciśnięcie przycisku lub zwykła komunikacja typu „tak lub nie”.

Wydaje się, że inny sposób przekazywania informacji, zwany skoncentrowanym ultradźwiękami, może stymulować obszar mózgu tak mały jak ziarno ryżu. Podczas gdy medyczne zastosowania ultradźwięków, takie jak obrazowanie i ablacja tkanek, wykorzystują wysokie częstotliwości, od 800 kiloherców aż do zakresu megaherców, zespół kierowany przez radiologa Harvarda Seung-Schika Yoo stwierdził, że częstotliwość 350 kiloherców działa dobrze i najwyraźniej bezpiecznie, aby wysłać sygnał do mózgu szczura. Sygnał pochodził od człowieka-ochotnika wyposażonego w EEG, który pobierał próbki jego fal mózgowych; kiedy skupił się na określonym wzorze świateł na ekranie komputera, komputer wysłał szczurowi sygnał ultradźwiękowy, który w odpowiedzi poruszył ogonem. Yoo mówi, że szczur nie wykazywał żadnych złych skutków, ale bezpieczeństwo skoncentrowanego ultradźwięku na ludzkim mózgu nie jest udowodnione. Częścią problemu jest to, że w przeciwieństwie do stymulacji magnetycznej mechanizm, w którym fale ultradźwiękowe - forma energii mechanicznej - wytwarza potencjał elektryczny, nie jest w pełni zrozumiany. Jedną z możliwości jest to, że działa pośrednio, „otwierając” pęcherzyki lub worki w komórkach mózgu, zalewając je neuroprzekaźnikami, np. Dostarczając zastrzyk dopaminy dokładnie we właściwe miejsce. Alternatywnie ultradźwięki mogą wywoływać kawitację - bąbelki - w błonie komórkowej, zmieniając jej właściwości elektryczne. Yoo podejrzewa, że ​​mózg zawiera receptory do stymulacji mechanicznej, w tym ultradźwięki, które zostały w dużej mierze przeoczone przez neuronaukowców. Takie receptory wyjaśniałyby zjawisko „widzenia gwiazd” lub błysków światła, na przykład od uderzenia w głowę. Jeśli skoncentrowane ultradźwięki okażą się bezpieczne i staną się wykonalnym podejściem do interfejsu komputer-mózg, otworzy to szeroką gamę niezbadanych - a właściwie ledwie wyobrażonych - możliwości.

Bezpośrednia komunikacja werbalna między jednostkami - bardziej wyrafinowana wersja eksperymentu Rao, w której dwie połączone osoby wymieniają wyraźne stwierdzenia po prostu myśląc o nich - jest najbardziej oczywistą aplikacją, ale nie jest jasne, że gatunek posiadający język potrzebuje bardziej zaawansowanego technologicznie sposobu powiedzenia „ Spóźniam się ”, a nawet„ Kocham cię ”. John Trimper, doktorant z psychologii Emory University, który pisał o etycznych implikacjach interfejsów mózg-mózg, spekuluje, że technologia„ szczególnie przez sieć bezprzewodową transmisje, mogłyby ostatecznie pozwolić żołnierzom, policji - lub przestępcom - komunikować się cicho i potajemnie podczas operacji. ”To byłoby w odległej przyszłości. Jak dotąd najbogatsza w treść wiadomość wysyłana od mózgu do mózgu podróżowała od tematu w Indiach do tematu w Strasburgu we Francji. Pierwszą wiadomością, pracowicie zakodowaną i rozszyfrowaną na symbole binarne przez grupę z Barcelony, była „ hola ”. Przy bardziej wyrafinowanym interfejsie można sobie wyobrazić, powiedzmy, sparaliżowaną ofiarę udaru komunikującą się z opiekunem lub jego psem. Mimo to, jeśli mówi: „Przynieś mi gazetę”, są lub będą wkrótce syntezatory mowy - i roboty - mogą to zrobić. Ale co, jeśli osobą jest Stephen Hawking, wielki fizyk dotknięty przez ALS, który komunikuje się za pomocą mięśnia policzkowego, aby wpisać pierwsze litery słowa? Świat z pewnością skorzystałby z bezpośredniego dostępu do jego umysłu.

Może nadal myślimy za mało. Może język analogiczny do języka naturalnego nie jest aplikacją zabójczą dla interfejsu mózg-mózg. Zamiast tego musi to być coś bardziej globalnego, bardziej ambitnego - informacja, umiejętności, a nawet surowy wkład sensoryczny. Co jeśli studenci medycyny mogliby pobrać technikę bezpośrednio z mózgu najlepszego chirurga na świecie lub gdyby muzycy mieli bezpośredni dostęp do pamięci wielkiego pianisty? „Czy jest tylko jeden sposób na naukę umiejętności?” Zastanawia się Rao. „Czy może istnieć skrót i czy to oszustwo?” Nie musi nawet angażować innego ludzkiego mózgu na drugim końcu. Może to być zwierzę - jak by to było doświadczyć świata poprzez zapach, jak pies - lub przez echolokację, jak nietoperz? Lub może to być wyszukiwarka. „Oszukiwanie podczas egzaminu polega na tym, że używasz smartfona do wyszukiwania informacji w Internecie - mówi Rao - ale co, jeśli masz już połączenie z Internetem za pośrednictwem mózgu? Coraz większą miarą sukcesu w społeczeństwie jest to, jak szybko uzyskujemy dostęp, trawimy i wykorzystujemy informacje, które tam są, a nie to, jak bardzo możesz wcisnąć się we własną pamięć. Teraz robimy to palcami. Ale czy jest coś z natury złego w robieniu tego przez samo myślenie? ”

Albo może to być twój własny mózg, przesłany w pewnym opatrznościowym momencie i zapisany cyfrowo do przyszłego dostępu. „Powiedzmy, że lata później masz udar”, mówi Stocco, której matka miała udar po pięćdziesiątce i nigdy więcej nie chodziła. „Teraz idziesz na rehabilitację i to tak jakby nauczyć się chodzić od nowa. Załóżmy, że możesz po prostu pobrać tę umiejętność do swojego mózgu. Najprawdopodobniej nie zadziałałoby to idealnie, ale odzyskanie tej umiejętności znacznie przyspieszy ”.

Miguel Nicolelis, kreatywny książę neurobiolog i hipnotyzujący wykładowca w obwodzie TED Talks, zna wartość dobrej demonstracji. Podczas Mistrzostw Świata 2014 Nicolelis - urodzona w Brazylii miłośniczka piłki nożnej - współpracowała z innymi, aby zbudować robotyczny egzoszkielet kontrolowany przez impulsy EEG, umożliwiając młodemu paraplegiczkowi wykonanie ceremonialnego pierwszego kopnięcia. Większość jego prac dotyczy teraz komunikacji między mózgami, szczególnie w wysoce ezoterycznych technikach łączenia umysłów w celu wspólnej pracy nad problemem. Umysły nie są ludzkie, więc może korzystać z implantów elektrodowych ze wszystkimi zaletami, które się z nimi wiążą.

Jeden z jego najbardziej uderzających eksperymentów obejmował parę szczurów laboratoryjnych, uczących się razem i poruszających się synchronicznie podczas komunikacji za pośrednictwem sygnałów mózgowych. Szczury trenowano w zagrodzie z dwiema dźwigniami i światłem nad każdą z nich. Światło po lewej lub prawej stronie zacznie migać, a szczury nauczyły się naciskać odpowiednią dźwignię, aby otrzymać nagrodę. Następnie zostały one rozdzielone i każda z nich została wyposażona w elektrody do kory motorycznej, połączone za pomocą komputerów, które próbkowały impulsy mózgowe od jednego szczura („koder”), i wysyłały sygnał do drugiego („dekoder”). Szczur „enkodera” zobaczyłby jeden błysk światła - powiedzmy lewy - i popchnął lewą dźwignię, by odebrać nagrodę; w drugim pudełku migałyby oba światła, więc „dekoder” nie wiedziałby, którą dźwignię nacisnąć - ale po otrzymaniu sygnału od pierwszego szczura również poszedł w lewo.

Nicolelis dodał sprytny zwrot do tej demonstracji. Kiedy szczur z dekodera dokonał właściwego wyboru, został nagrodzony, a koder otrzymał także drugą nagrodę. Służyło to wzmocnieniu i wzmocnieniu (nieświadomych) procesów neuronalnych, które były próbkowane w jego mózgu. W rezultacie obie szczury stały się bardziej dokładne i szybsze w swoich odpowiedziach - „para połączonych mózgów… przesyłających informacje i współpracujących w czasie rzeczywistym”. W innym badaniu podłączył trzy małpy, aby kontrolować wirtualne ramię; każdy mógł przenieść go w jednym wymiarze, a kiedy oglądali ekran, nauczyli się współpracować, aby manipulować nim w odpowiednim miejscu. Mówi, że może sobie wyobrazić użycie tej technologii, aby pomóc ofierze udaru odzyskać pewne zdolności, łącząc swój mózg z mózgiem zdrowego ochotnika, stopniowo dostosowując proporcje wkładu, aż mózg pacjenta wykona całą pracę. I wierzy, że tę zasadę można rozszerzyć na czas nieokreślony, aby zaangażować miliony mózgów do współpracy w „komputerze biologicznym”, który zajmowałby się pytaniami, na które nie można było postawić ani odpowiedzieć w formie binarnej. Możesz zapytać tę sieć mózgów o sens życia - możesz nie uzyskać dobrej odpowiedzi, ale w przeciwieństwie do komputera cyfrowego „to” przynajmniej zrozumie pytanie. Jednocześnie Nicolelis krytykuje wysiłki naśladowania umysłu w komputerze cyfrowym, bez względu na to, jak potężny, mówiąc, że są „fałszywe i marnują miliardy dolarów”. Mózg działa według różnych zasad, modelując świat analogicznie . Aby to przekazać, proponuje nową koncepcję, którą nazywa „informacją gödlowską”, na cześć matematyka Kurta Gödela; jest to analogiczna reprezentacja rzeczywistości, której nie można sprowadzić do bajtów i nigdy nie można jej uchwycić za pomocą mapy połączeń między neuronami („Prześlij swój umysł”, patrz poniżej). „Komputer nie generuje wiedzy, nie przeprowadza introspekcji” - mówi. „Zawartość mózgu szczura, małpy lub człowieka jest znacznie bogatsza niż kiedykolwiek moglibyśmy symulować za pomocą procesów binarnych.”

Najnowocześniejsze badania obejmują rzeczywiste protezy mózgu. Na Uniwersytecie Południowej Kalifornii Theodore Berger opracowuje protezę opartą na mikroczipach dla hipokampa, części mózgu ssaków, która przetwarza krótkoterminowe wrażenia na wspomnienia długoterminowe. Wciąga neurony po stronie wejściowej, przepuszcza sygnał przez program, który naśladuje transformacje, które normalnie wykonuje hipokamp, ​​i wysyła go z powrotem do mózgu. Inni wykorzystali technikę Bergera, aby wysłać pamięć wyuczonego zachowania od jednego szczura do drugiego; drugi szczur nauczył się tego zadania w znacznie krótszym czasie niż zwykle. Oczywiście praca ta została wykonana tylko na szczurach, ale ponieważ zwyrodnienie hipokampa jest jedną z cech charakterystycznych demencji u ludzi, mówi się, że potencjał tych badań jest ogromny.

Biorąc pod uwagę ogólne twierdzenia o przyszłym potencjale komunikacji między mózgami, warto wymienić niektóre rzeczy, które nie są przedmiotem roszczeń. Po pierwsze, nie ma implikacji, że ludzie posiadają jakąkolwiek formę naturalnej (lub nadprzyrodzonej) telepatii; napięcia migoczące w twojej czaszce po prostu nie są wystarczająco silne, aby odczytać je inny mózg bez elektronicznej poprawy. Sygnały (z jakąkolwiek technologią, którą posiadamy lub przewidujemy) nie mogą być przesyłane ani odbierane w ukryciu lub na odległość. Działanie twojego umysłu jest bezpieczne, chyba że dasz komuś innemu klucz poprzez poddanie się implantowi lub EEG. Nie jest jednak zbyt wcześnie, aby zacząć rozważać etyczne konsekwencje przyszłych wydarzeń, takie jak zdolność do wszczepiania myśli innym ludziom lub kontrolowania ich zachowania (na przykład więźniów) za pomocą urządzeń zaprojektowanych do tych celów. „Technologia przewyższa w tym czasie dyskurs etyczny” - mówi Trimper Emory - „i tam rzeczy stają się straszne”. Weź pod uwagę duży ruch mózgu w tych eksperymentach - a na pewno coś w rodzaju wizji Nicolelis na temat setek lub tysięcy mózgów współpraca - obejmuje komunikację przez Internet. Jeśli martwisz się teraz o to, że ktoś włamie się na twoją kartę kredytową, co byś poczuł, wysyłając zawartość swojego umysłu do chmury? Jest jednak inna ścieżka, na której badana jest komunikacja między mózgami. Uri Hasson, neuronaukowiec z Princeton, wykorzystuje funkcjonalne obrazowanie rezonansu magnetycznego do badania, w jaki sposób jeden mózg wpływa na inny, w jaki sposób są one sprzężone w skomplikowany taniec wskazówek i pętli sprzężenia zwrotnego. Koncentruje się na technice komunikacyjnej, którą uważa za znacznie lepszą od EEG stosowanych w przezczaszkowej stymulacji magnetycznej, jest nieinwazyjny i bezpieczny i nie wymaga połączenia z Internetem. To oczywiście język.