Александр Яковлевич, как будет выглядеть это широко разрекламированное действо: "силой мысли" парализованный человек ударит по мячу?
Александр Каплан: Подробности Николелис держит в строжайшем секрете, сохраняя интригу. Но общая картина примерно такая. К ногам мальчика прикрепят специальный экзоскелет. Это конструкция с шарнирами и моторчиками, которые будут сгибать парализованную ногу. А управлять этой "механикой" должна мысль человека. Для этого на его голову одевается шлем, который считывает сигналы мозга. Подросток должен представить некий образ, он вызовет в мозге скачок электрической активности. Этот сигнал после усиления отправляется в экзоскелет, приводя в действие моторчики.
Так человек совершит исторический удар по мячу, который поразит сотни миллионов зрителей в разных уголках планеты. Он символизирует внимание общества к людям с ограниченными возможностями, продемонстрирует, что у них есть шанс не только ходить, но и выполнять самые разные действия. Достаточно их представить и дать мысленную команду экзоскелету.
Александр Каплан: Если бы все было так просто... На самом деле ситуация гораздо сложней. Проблема - в нашем мозге. Природа создала его таким, что содержащаяся в нем информация очень надежно защищена. Извлечь даже самые простые данные с помощью имеющихся сегодня у науки методов крайне трудно. Большинство мысленных образов практически невозможно различить на электроэнцефалограмме (ЭЭГ). Поэтому, кстати, многие ученые уверены, что читать мысли не смогут никакие самые изощренные аппараты.
А если применить не ЭЭГ, а вживить прямо в мозг электроды?
Александр Каплан: Подобные эксперименты уже проводятся не один десяток лет. Сигнал, действительно, получается более "чистый", ошибок при расшифровке меньше, но сути такой вариант не меняет. Мысленные образы, слова расшифровать не удается. Важно отметить, что вживление электродов - это сложная нейрохирургическая операция, на которую можно идти только по медицинским показаниям. Поэтому основным инструментом исследований для здоровых людей является ЭЭГ.
Но мировые СМИ сообщали, что Николелис все же может применить вживленные электроды. Ведь ситуация, на самом деле, суперэкстремальная! Ажиотаж открытия чемпионата, огромная чаша стадиона, десятки тысяч зрителей, множество кинокамер. Каково же человеку сосредоточиться на одной команде? Тут вполне можно ошибиться. А вживление электродов снижает вероятность ошибки по сравнению с ЭЭГ.
Александр Каплан: Конечно, вживленные электроды дают большую надежность, но повторяю, какой вариант выберет Николелис, держится в строжайшем секрете. Хотя я его хорошо знаю, несколько раз пытался с ним связываться, но все попытки оказались безуспешными. Он недоступен. Так что все увидим на открытии чемпионата. Правда, один из его сотрудников мне намекнул, что Николелис выбрал все же неинвазивный вариант, то есть электроды вживляться не будут.
Вернемся к энцефалограмме. Если она не может разобраться в мыслях человека, что же она вообще способна "понять"?
Александр Каплан: У нее есть своя ниша. Это сигналы, которые мозг посылает мышцам. Одетый на голову шлем снимает сигналы одновременно с нескольких десятков точек мозга. Мы просим человека мысленно сжать правую руку и смотрим, что появляется на ЭЭГ. Эта вроде бы простая процедура повторяется много раз. Затем расшифровываем множество полученных графиков и ищем признаки, которые повторяются. В итоге выделяем сигналы от правой руки.
Надо подчеркнуть, что это очень нетривиальная задача. Ведь даже если человек вроде бы ни о чем специально не думает, он все равно думает. Хотя сам этого не сознает. Он может вообще дремать или у него чуть кольнуло в правом боку. И весь этот "шум" через мозг лезет на ЭЭГ. Его надо отсеивать. Именно эта очистка от лишних, ненужных мыслей - главная проблема всех ученых, которые занимаются созданием интерфейса "мозг-компьютер".
По сути, каждый такой интерфейс подбирается конкретно под каждого человека. Ведь мы все очень индивидуальны, у каждого своя специфика сигналов на ЭЭГ. Конечно, полностью избежать ошибок не удается, но сейчас в лучших лабораториях мира она не превышает 10 процентов. Кстати, подростка, который откроет чемпионат в Бразилии, долго тренировали, а вместе с ним еще десяток человек. И отобрали самого успешного. Так что победителю пришлось пройти конкурс.
Может, поэтому проект Николелиса стоит 15 миллионов долларов? А если в мозгу надо создать другой образ. Не сжимать правую руку, а дать команду что-то ей ударить? В этом случае придется повторить всю эпопею с уже новой командой, кипой ЭЭГ и расшифровкой?
Александр Каплан: В том и дело, что мы не можем на энцефалограмме отличить, думает он о сжатии или об ударе. Сигнал будет один и тот же. Это приказ мышцам действовать. Все мысленные образы движения правой руки имеют на ЭЭГ одинаковый "портрет". Такая же ситуация и для левой руки, и для ног.
Сколько ни бились ученые всего мира, в их арсенале сегодня есть всего 4-5 надежных образов, которые удается извлечь из мозга. И все они - мышечные.
Но тогда возможности метода крайне ограничены...
Александр Каплан: Ничего подобного. Надо только умело воспользоваться этой информацией. Ведь 4-5 сигналов можно закодировать для самых разных ситуаций. О чем мы заранее договариваемся с человеком. В самых общих чертах это выглядит так. Скажем, наступило время завтрака. На этот период действует своя система сигналов. Условно говоря, сжатие правой руки означает - принесите чашку кофе, сжатие левой руки - чай. Если пришло время "развлечений", то сжатие правой руки означает - включите телевизор, левой - радио. С помощью такой кодировки перед человеком открывается довольно много возможностей для общения с миром.
Сейчас в нашей лаборатории, в МГУ мы отрабатываем две технологии: нейрокоммуникатор и нейротренажер. Первый необходим людям, которые по тем или иным причинам потеряли речь и почти не могут двигаться. На экране появляется клавиатура из 32 букв алфавита, и человек мысленно, не прикасаясь к клавиатуре, учится набирать тексты. Таким образом он общается с внешним миром.
А нейротренажер помогает людям, у которых парализованы руки или ноги. Их можно тренировать, чтобы постепенно восстановить связь с корой головного мозга. Ведь именно она управляет движением. На руку одевается специальный экзоскелет, человек думает - "сжать руку". Мы видим это намерение на ЭЭГ. Сигнал идет на экзоскелет, и он сжимает парализованные пальцы руки. Длительные тренировки позволяют постепенно мысленным командам, говоря образно, пробиваться в руку. И она начинает восстанавливаться. Такие эксперименты сегодня проходят во многих ведущих клиниках мира.
Мигель Николелис, американский нейробиолог:
"Таким открытием чемпионата мира в Бразилии мы хотим сказать, что наука и технологии могут помочь миллионам людей, облегчить их страдания и восполнить их утраты. Что при наличии инвестиций и политической воли инвалидные коляски можно оставить в прошлом. По значимости это событие могу сравнить с полетом человека на Луну. Его социальное значение огромно.
Между тем
На только что завершившемся в Сколково конкурсе инноваций Starup Village главный приз и грант в 900 тысяч рублей выиграл проект "Exoatlet". Его цель - создание первого в России экзоскелета. Одним из научных руководителей проекта является профессор МГУ Александр Каплан.