Цивилизация
Эксперимент, поставленный специалистами по нейробиологии из Международного института нейронаук в Натале (Бразилия) и Даремского Университета (Великобритания), предвосхищает технологию, которая позволит в будущем связывать мозг одного живого существа с мозгом другого в «органический компьютер», передающий сенсорную и моторную информацию. Статья с описанием эксперимента опубликована в журнале Scientific Reports, издаваемом Nature.
Как показали предыдущие эксперименты той же группы, мозг крыс достаточно пластичен, чтобы адаптироваться к обработке входных импульсов, поступающих в него с внешних электронных интерфейсов посредством вживленных в мозг микроэлектродов. Так, с помощью интерфейса «мозг--компьютер», кодирующего входную информацию в серию импульсов, аналогичных электрическим импульсам нейронов, крысы научились распознавать и правильно реагировать на невидимый невооруженным глазом инфракрасный свет.
На этот раз эксперимент был усложнен: в мозг подопытного грызуна была перенаправлена сенсорная и моторная информация, которая продуцировалась в мозге другой крысы.
Одну из крыс (получившую условное обозначение «инкодер») заранее натренировали за награду (воду в поилке) нажимать правильную клавишу, пользуясь световыми подсказками — загорающимися над клавишами лампочками. Когда обученная крыса нажимала на правильный рычаг, сигналы ее моторного кортекса транслировались в серию электрических импульсов, которые передавались в мозг другой крысы, обозначенной как «декодер». Клетка последней была оборудована точно такой же системой рычагов и лампочек, с одним отличием: обе лампочки в ее клетке загорались одновременно, то есть крыса-декодер не получала визуальной подсказки, какую из двух клавиш нужно нажать, чтобы в поилке появилась вода.
Таким образом, чтобы утолить жажду, она была вынуждена полагаться только на подсказки, транслируемые в ее мозг из мозга другой крысы.
В конечном итоге крыса-декодер научилась правильно распознавать подсказки, поступающие по проводам из другого мозга, в 70% случаев, что лишь на 8% меньше ожидавшегося исследователями максимума, теоретически возможного при таком способе передачи сигналов в мозг.
Важно также, что интерфейс «мозг--мозг» был наделен и обратной связью. Так, крыса-инкодер не получала полного вознаграждения, если крыса-декодер нажимала неправильную клавишу, что, по словам авторов статьи, способствовало установлению «поведенческого взаимодействия» между изолированными животными, связанными лишь электронным интерфейсом. Так, было замечено, что ошибки декодера вызывали соответствующие изменения в поведении и мозговой активности инкодера, облегчающие крысе-декодеру правильное выполнение задачи.
В мозговой активности инкодера отношение сигнала к шуму изменялось — сигнал, поступающий декодеру, становился более четким, отмечают авторы статьи.
Чтобы напиться, крыса-инкодер (левая клетка) обучилась нажимать то левый, то правый рычаг тренажера, снабженный визуальными подсказками (световыми индикаторами). Крыса-декодер (правая клетка) нажимает правильные рычаги в соответствии с подсказками (электрическими импульсами, кодирующими нейромоторные сигналы кортекса) поступающими из мозга другой крысы по интерфейсу «мозг-мозг». Pais-Vieira et al, Scientific Reports
Во второй серии экспериментов крысы обменивались ощущениями, определяя с помощью своих усов ширину отверстия, в зависимости от которой они пользовались той или иной поилкой. Как и в первой серии, фактор обучаемости, основанный на обмене сигналами по интерфейсу «мозг--мозг», также оказался решающим, немного не дотянув до теоретически возможного максимума.
Более того, «изучение сенсорного кортекса крыс-декодеров показало, что мозг декодеров начинал обрабатывать не только собственные тактильные сигналы, но и тактильные сигналы другой крысы», отмечают авторы статьи. «Мы определили кортикальные нейроны, реагирующие на два слоя сенсорных сигналов одного типа. Это означает, что в мозге животного формировалось представление другого тела поверх представления собственного», — резюмируют они.
Обучение по интерфейсу «мозг--мозг» оказалось успешным даже тогда, когда клетки с крысами были разнесены по разным полушариям Земли, а мозговые сигналы передавались по интернету из Бразилии, где находилась крыса-инкодер, в Англию, где находилась крыса, декодирующая сигналы другого мозга.
Теоретически, считают биологи, биомашинный интерфейс «мозг-мозг» не обязательно должен ограничиваться двумя животными, и следующим этапом станет соединение в одну мозговую сеть сразу нескольких животных. Увеличится и разрешающая способность интерфейса, которую в ближайшие пять лет биологи надеются повысить до 30 тысяч кортикальных нейронов, с которых считываются моторные сигналы. Эта экспериментальная технология поможет разработать управляемые мозгом кибер-протезы, которые разрабатываются по гранту Бразильского фонда научных исследований FINEP в рамках Walk Again Project — проекта по восстановлению двигательной активности параллизованных людей. Первая демонстрация таких протезов состоится уже в следующем году на Мировом чемпионате по футболу.