Proč komunikace mozek-mozek již není nemyslitelná

Telepatie, cca 23. století: Vulkánská mozková myšlenka, dosažená dotykem spánků konečky prstů, je uznávanou technikou pro pokrok v vykreslování epizody „Star Trek“ s minimem dialogu, sdílením smyslových dojmů, vzpomínek a myšlenek mezi nelidské postavy.

Související čtení

Za hranicemi

Koupit

Související obsah

• Tento tah Genius vám umožní psát s mozkem

Telepatie, 2015: V Centru senzorického nervového inženýrství na University of Washington, mladá žena, dont electroencephalogram čepice, posetý elektrodami, které mohou číst drobné výkyvy napětí přes její mozek. Hraje hru a odpovídá na otázky tím, že obrátí svůj pohled k jednomu ze dvou zábleskových světel označených „ano“ a „ne“. Světlo „ano“ bliká třináctkrát za sekundu, „ne“ ve 12 a rozdíl je příliš malá na to, aby ji mohla vnímat, ale stačí, aby ji počítač detekoval při palbě neuronů ve své vizuální kůře. Pokud počítač zjistí, že se dívá na světlo „ano“, vyšle signál do místnosti v jiné budově, kde sedí jiná žena s magnetickou cívkou umístěnou za hlavou. Signál „ano“ aktivuje magnet a způsobí krátké narušení ve zorném poli druhého subjektu, virtuální blesk („fosfen“), který popisuje jako podobný vzhledu blesku na obzoru. Tímto způsobem jsou odpovědi první ženy sděleny jiné osobě po celém areálu, čímž se „Star Trek“ stává lepší: výměna informací mezi dvěma myslími, které nejsou ani na stejném místě.

Pro téměř celou lidskou historii bylo známo, že pouze pět přirozených smyslů slouží jako cesta do mozku a jazyk a gesto jako kanály ven. Vědci nyní porušují tyto hranice mysli, pohybují informace dovnitř a ven a napříč prostorem a časem, manipulují s nimi a potenciálně ji vylepšují. Tento experiment a další byly „demonstrací, jak zahájit konverzaci, “ říká výzkumník Rajesh Rao, který ji vedl spolu se svým kolegou Andrea Stocco. Konverzace, která bude pravděpodobně dominovat neurovědě po většinu tohoto století, drží příslib nové technologie, která dramaticky ovlivní to, jak léčíme demenci, mrtvici a poranění míchy. Ale bude to také o etice mocných nových nástrojů pro posílení myšlení a nakonec o samotné povaze vědomí a identity.

Tato nová studie vyrostla z Raoovy práce v „rozhraní mozek-počítač“, která zpracovává nervové impulsy na signály, které mohou ovládat externí zařízení. Použití EEG k ovládání robota, který může navigovat v místnosti a vyzvedávat předměty - což Rao a jeho kolegové prokázali již v roce 2008 - může být někdy pro quadriplegiky běžným úkolem.

Robotické kostry s hmatovými senzory, které drží zde Miguel Nicolelis, detekují změny polohy, teploty a tlaku a zasílají tyto informace do mozku. (Paulo Whitaker / Reuters / Corbis) Aby neinvazivně monitoroval mozek, Rajesh Rao vejde účastníky studie s čepičkami EEG a přidá vodivý gel, aby pokožka hlavy a elektrody byly v dobrém kontaktu. (Jose Mandojana) Zařízení, které vědci použili při demonstraci, zahrnovalo víčko EEG, elektrody EEG, kabely, ovládací skříňku a zesilovač signálu. (Jose Mandojana) Opice v nedávné studii použily svůj mozek k ovládání virtuální paže a manipulaci s virtuálními objekty. Elektrické signály přiváděné zpět do mozku napodobovaly pocit dotyku. (Nicolelis Lab) Vědci porušují hranice mysli, pohybují informace dovnitř a ven a napříč prostorem a časem. (Jose Mandojana) Výzkumníci University of Washington Rajesh Rao (vlevo) a Andrew Stocco (vpravo) se účastní první demonstrace rozhraní mozek-mozek. (University of Washington)

V tom, co Rao říká, bylo první instancí zprávy odeslané přímo z jednoho lidského mozku do druhého, narukoval Stocco, aby pomohl hrát základní hru typu „Space Invaders“. Když jeden člověk sledoval útok na obrazovce a komunikoval s použitím pouze myšlenky, že je nejlepší okamžik vystřelit, druhý dostal magnetický impuls, který způsobil, že jeho ruka bez vědomého úsilí stiskla tlačítko na klávesnici. Rao říká, že po nějaké praxi to bylo docela dobré.

"To je hezké, " řekl jsem, když mi popsal postup. "Můžeš ho přimět, aby hrál na klavír?"

Rao si povzdechl. "Ne s ničím, co teď používáme."

Přestože věda v posledních desetiletích studovala a mapovala mozek, mysl zůstává černou skříňkou. Slavný esej filozofa Thomase Nagela z roku 1974 se zeptal: „Jaké to je být netopýrem?“ A dospěl k závěru, že to nikdy nebudeme vědět; jiné vědomí - natož jiného člověka, natož člen jiného druhu - nelze nikdy pochopit ani získat přístup k němu. Pro Rao a několik dalších je otevření těchto dveří malou trhlinkou, to je pozoruhodný úspěch, i když práce většinou zdůraznila, jak velká je výzva, jak koncepčně, tak technologicky.

Výpočtový výkon a programování jsou výzvou; problém je rozhraní mezi mozkem a počítačem, a zejména rozhraní, které jde ve směru z počítače do mozku. Jak vysíláte signál správné skupině nervových buněk z odhadovaných 86 miliard v lidském mozku? Nejúčinnějším přístupem je implantovaný transceiver, který může být pevně zapojen do stimulace malých oblastí mozku, dokonce až do jediného neuronu. Taková zařízení se již používají pro „hlubokou stimulaci mozku“, což je technika léčby pacientů s Parkinsonovou chorobou a jinými poruchami elektrickými impulzy. Ale je to jedna věc, která provádí operaci mozku v případě nevyléčitelné nemoci, a něco jiného v rámci experimentu, jehož výhody jsou přinejlepším spekulativní.

Rao tedy použil techniku, která nezahrnuje otevření lebky, kolísavé magnetické pole k vyvolání malého elektrického proudu v oblasti mozku. Zdá se, že je to bezpečné - jeho prvním dobrovolníkem byl jeho spolupracovník, Stocco - ale je to hrubý mechanismus. Rao říká, že nejmenší oblast, kterou lze tímto způsobem stimulovat, není přes půl palce. To omezuje jeho použití na hrubé pohyby motoru, jako je stisknutí tlačítka nebo jednoduchá komunikace typu ano-ne-ne.

Zdá se, že další způsob přenosu informací, zvaný soustředěný ultrazvuk, je schopen stimulovat oblast mozku tak malou jako zrnko rýže. Zatímco lékařské aplikace pro ultrazvuk, jako je zobrazování a tkáňová ablace, používají vysoké frekvence, od 800 kilohertz po megahertzový rozsah, tým vedený Harvardským radiologem Seung-Schik Yoo zjistil, že frekvence 350 kilohertz funguje dobře a zjevně bezpečně, vyslat signál do mozku krysy. Signál pocházel z lidského dobrovolníka vybaveného EEG, který vzorkoval jeho mozkové vlny; když se zaměřil na určitý vzor světel na obrazovce počítače, počítač vyslal krysím ultrazvukový signál, který reagoval pohybem ocasu. Yoo říká, že krysa nevykazovala žádné škodlivé účinky, ale bezpečnost zaostřeného ultrazvuku na lidský mozek není prokázána. Součástí problému je, že na rozdíl od magnetické stimulace mechanismus, kterým ultrazvukové vlny - forma mechanické energie - vytváří elektrický potenciál, není zcela pochopen. Jednou z možností je, že působí nepřímo „praskáním“ otevřením vezikul nebo váčků v mozkových buňkách, zaplavením neurotransmitery, jako je doručení dopaminu přesně do správné oblasti. Ultrazvuk může také vyvolat kavitaci - bublající - v buněčné membráně a změnit její elektrické vlastnosti. Yoo má podezření, že mozek obsahuje receptory pro mechanickou stimulaci, včetně ultrazvuku, které neurovědci do značné míry přehlíželi. Takové receptory by odpovídaly například za „vidění hvězd“ nebo záblesky světla, například od úderu do hlavy. Pokud je soustředěný ultrazvuk prokázán jako bezpečný a stane se proveditelným přístupem k rozhraní počítač-mozek, otevřelo by se mu celá řada neprozkoumaných - ve skutečnosti sotva představitelných - možností.

Přímá verbální komunikace mezi jednotlivci - sofistikovanější verze Raova experimentu, kde si dva propojení lidé vyměňují explicitní výroky pouze přemýšlením o nich - je nejzjevnější aplikací, ale není jasné, že druh, který má jazyk, potřebuje technologicky vyspělejší způsob, jak říci: „ Běhám pozdě, “nebo dokonce„ miluji tě. “John Trimper, doktorát z psychologie na Emory University, který napsal o etických důsledcích rozhraní mozek-mozek, spekuluje, že tato technologie, “ zejména prostřednictvím bezdrátové sítě přenosů, mohlo nakonec umožnit vojákům nebo policiím - nebo zločincům - během operací tiše a skrytě komunikovat. “To by bylo v daleké budoucnosti. Doposud obsahově nejbohatší zpráva poslala mozek k mozku mezi lidmi, kteří cestovali od subjektu v Indii k jednomu ve Štrasburku ve Francii. První zpráva, pracně zakódovaná a dekódovaná do binárních symbolů skupinou se sídlem v Barceloně, byla „ hola “. Díky sofistikovanějšímu rozhraní si můžeme představit, řekněme, paralyzovanou oběť mrtvice komunikující pečovateli - nebo jeho psovi. Přesto, pokud říká: „Přineste mi noviny, “ existují nebo budou brzy syntetizátoři řeči a roboti, kteří to dokážou. Ale co když je osobou Stephen Hawking, velký fyzik postižený ALS, který komunikuje pomocí lícního svalu, aby napsal první písmena slova? Svět by jistě mohl těžit z přímého kanálu do jeho mysli.

Možná stále myslíme příliš malé. Možná, že analog k přirozenému jazyku není zabijácká aplikace pro rozhraní mozek-mozek. Místo toho to musí být něco globálnějšího, ambicióznějšího - informace, dovednosti, dokonce i surový smyslový vstup. Co kdyby si studenti medicíny mohli stáhnout techniku ​​přímo z mozku nejlepšího chirurga na světě, nebo pokud by hudebníci měli přímý přístup k paměti velkého pianisty? „Existuje jen jeden způsob, jak se naučit dovednosti?“ Uvažuje Rao. „Může existovat zkratka a je to podvádění?“ Na druhém konci nemusí zahrnovat ani další lidský mozek. Mohlo by to být zvíře - jaké by to bylo zažít svět vůní, jako pes - nebo echolokací, jako netopýr? Nebo by to mohl být vyhledávač. "Je to podvádění na zkoušku, pokud používáte chytrý telefon k vyhledávání věcí na internetu, " říká Rao, "ale co když už jste připojeni k internetu přes mozek?" Míra úspěchu ve společnosti je stále více tím, jak rychle přistupujeme k informacím, které jsou tam venku, a získáváme je a používáme, ne to, do jaké míry se můžete vměstnat do své vlastní paměti. Teď to děláme prsty. Ale je něco ze své podstaty špatné, když to děláte jen přemýšlením? “

Nebo to může být váš vlastní mozek, nahraný v nějaké prozatímní chvíli a digitálně uchovaný pro budoucí přístup. "Řekněme, že o roky později máte mozkovou příhodu, " říká Stocco, jehož vlastní matka měla mozkovou příhodu v jejích 50 letech a už nikdy nechodila. "Teď jdete na rehabilitaci a je to jako naučit se chodit znovu." Předpokládejme, že si tuto schopnost stáhnete do mozku. Nešlo by to dokonale, s největší pravděpodobností, ale byl by to velký náskok při získávání této schopnosti. “

Miguel Nicolelis, kreativní vévodský neurovědec a fascinující lektor na okruhu TED Talks, zná hodnotu dobré demonstrace. Na mistrovství světa v roce 2014 Nicolelis - fotbalový fanoušek narozený v Brazílii - spolupracoval s ostatními na vybudování robotického exoskeletu ovládaného impulsy EEG, což umožnilo mladému paraplegickému muži provést slavnostní první kop. Velká část jeho práce se nyní věnuje komunikaci mozek-mozek, zejména ve vysoce esoterických technikách propojení mysli, aby společně pracovaly na problému. Mysl není lidská, takže může používat elektrodové implantáty se všemi výhodami, které přináší.

Jeden z jeho nejpozoruhodnějších experimentů zahrnoval pár laboratorních potkanů, kteří se spolu učili a pohybovali se synchronně, když komunikovali prostřednictvím mozkových signálů. Krysy byly cvičeny v uzavřeném prostoru se dvěma pákami a světlem nad každou z nich. Bliká levé nebo pravé světlo a krysy se naučily stisknout odpovídající páku, aby dostali odměnu. Poté byly odděleny a každá z nich byla vybavena elektrodami do motorické kůry, připojena pomocí počítačů, které odebíraly mozkové impulzy od jedné krysy („kodér“), a poslaly signál na sekundu („dekodér“). Krysa „kodéru“ uvidí jeden záblesk světla - řekněme, levý - a stiskne levou páku za svou odměnu; v druhé krabici by blikaly obě světla, takže „dekodér“ by nevěděl, kterou páku tlačit - ale po přijetí signálu od první krysy by šel také doleva.

Nicolelis k této demonstraci přidala chytré zvraty. Když dekodér krysy udělal správnou volbu, byl odměněn a kodér také dostal druhou odměnu. To posílilo a posílilo (nevědomé) nervové procesy, které byly odebírány v jeho mozku. Výsledkem bylo, že obě krysy byly ve svých odpovědích přesnější a rychlejší - „pár propojených mozků ... přenos informací a spolupráce v reálném čase.“ V další studii zapojil tři opice, aby ovládal virtuální rameno; každý mohl pohybovat v jedné dimenzi a když sledovali obrazovku, naučili se spolupracovat a manipulovali ji na správném místě. Říká, že si dokáže představit, že pomocí této technologie pomůže oběti mrtvice získat určité schopnosti propojením mozku se zdravým dobrovolníkem a postupně upravovat proporce vstupu, dokud mozek pacienta neprovádí veškerou práci. A věří, že tento princip by mohl být na neurčitou dobu rozšířen, aby získal miliony mozků, aby spolupracovali v „biologickém počítači“, který by řešil otázky, které nemohly být položeny nebo zodpovězeny v binární podobě. Dalo by se požádat tuto síť mozků o smysl života - možná nedostanete dobrou odpověď, ale na rozdíl od digitálního počítače by „to“ alespoň pochopilo otázku. Současně Nicolelis kritizuje snahy napodobit mysl v digitálním počítači, bez ohledu na to, jak mocný, říkají, že jsou „falešní a ztráta miliard dolarů.“ Mozek pracuje podle různých principů, analogicky modeluje svět analogicky. . Aby to vysvětlil, navrhuje nový koncept, který nazývá „Gödelian informace“ po matematiku Kurtovi Gödelovi; je to analogové znázornění reality, které nelze redukovat na bajty, a nikdy jej nelze zachytit mapou spojení mezi neurony („Upload Your Mind“, viz níže). "Počítač nevytváří znalosti, neprovádí introspekci, " říká. "Obsah krysy, opice nebo lidského mozku je mnohem bohatší, než bychom kdy mohli simulovat binárními procesy."

Špičkovým bodem tohoto výzkumu jsou skutečné mozkové protézy. Na University of Southern California vyvíjí Theodore Berger protézu hippokampu založenou na mikročipech, což je část mozku savců, která zpracovává krátkodobé dojmy do dlouhodobých vzpomínek. Poklepává do neuronů na vstupní straně, řídí signál programem, který napodobuje transformace, které normálně provádí hippocampus, a posílá ho zpět do mozku. Jiní použili Bergerovu techniku ​​k odeslání paměti naučeného chování z jedné krysy na druhou; druhá krysa se pak úkolu naučila v mnohem kratším čase než obvykle. Jistě, tato práce byla provedena pouze u potkanů, ale protože degenerace hippocampu je jedním z charakteristických rysů demence u lidí, potenciál tohoto výzkumu je považován za obrovský.

Vzhledem k rozsáhlým nárokům na budoucí potenciál komunikace mozek-mozek je užitečné vyjmenovat některé věci, které nejsou nárokovány. Nejprve neexistuje žádná implikace, že by lidé měli jakoukoli formu přirozené (nebo nadpřirozené) telepatie; napětí blikající uvnitř lebky prostě nejsou dostatečně silné, aby je bylo možné přečíst jiným mozkem bez elektronického vylepšení. Signály (s jakoukoli technologií, kterou máme nebo si představujeme) nemohou být vysílány ani přijímány tajně nebo na dálku. Fungování vaší mysli je bezpečné, pokud nedáte někomu jinému klíč podáním implantátu nebo EEG. Není však příliš brzy začít uvažovat o etických důsledcích budoucího vývoje, jako je schopnost implantovat myšlenky jiným lidem nebo ovládat jejich chování (například vězně) pomocí zařízení určených pro tyto účely. „Tato technologie v tuto chvíli překonává etický diskurz, “ říká Emory's Trimper, „a to je místo, kde se věci dostávají hloupě.“ Uvažujte o tom, že v těchto experimentech je hodně mozkového provozu - a rozhodně něco jako Nicolelisova vize stovek či tisíců mozků. spolupracovat - zahrnuje komunikaci přes internet. Pokud se obáváte o někoho, kdo hackuje informace o vaší kreditní kartě, jak byste se cítili, když posíláte obsah své mysli do cloudu? Existuje však i jiná stopa, na které se studuje komunikace mozek-mozek. Uri Hasson, princetonský neurovědec, používá funkční zobrazování magnetickou rezonancí k výzkumu toho, jak jeden mozek ovlivňuje druhého, jak jsou spojeni ve složitém tanci podnětů a smyček zpětné vazby. Zaměřuje se na komunikační techniku, kterou považuje za mnohem lepší než EEG používané při transkraniální magnetické stimulaci, je neinvazivní a bezpečný a nevyžaduje žádné připojení k internetu. Je to samozřejmě jazyk.