Почему миру нужны абсолютно другие нейроинтерфейсы
- Почему за более чем 30 лет развития нейроинтерфейсных технологий в мире не удалось научить человека силой мысли управлять автомобилем, роботами, умными домами, как предполагалось?
- Будут ли успешными разработки Илона Маска по созданию новых нейроинтерфейсов на основе внедрения в мозг все большего количества электродов?
- Что такое нейроинтерфейсы 5.0?
Об этом рассказал нейрофизиолог, один из основоположников нейроинтерфейсной науки в России, профессор МГУ им. Ломоносова Александр Каплан.
— Александр Яковлевич, о нейроинтерфейсах всерьез заговорили более 30 лет назад. Вы создали в МГУ первую в России лабораторию по исследованию и разработке этих технологий. Вскоре после этого ваша команда построила одну из самых точных и быстродействующих в мире нейроинтерфейсных систем для набора букв «силой мысли». С помощью этих технологий вы хотели заставить инвалидные коляски, бытовые приборы, манипуляторы и автомобили подчиняться командам напрямую от мозга. Удалось ли это сделать?
— В какой-то степени это удалось. Движимые мыслью коляски и «буквопечаталки» у нас заработали. Но до автомобилей дело не дошло. Ни у нас, ни у кого в мире. Похоже, что идея первых поколений или попросту командных нейроинтерфейсов для передачи намерений человека напрямую от мозга к исполнительным механизмам за 30 лет разработки практически исчерпала себя. Здесь речь идет о неинвазивных, то есть не требующих внедрения в мозг нейроинтерфейсах.
— Как это исчерпала? Ведь научили же инвалидную коляску подчиняться мозговым командам?
— Да, но все это происходит очень медленно, несколько, а то и десяток секунд на одну команду или набор буквы. Да еще с большим числом ошибок: человек задумал включить телевизор, а вместо этого выключился свет. Кроме того, с приличной точностью можно расшифровать всего не более 4-5 команд. Пациентам после инсульта это значительно облегчает жизнь, но для здорового человека никакого смысла не имеет.Все эти разговоры об управлении автомобилями, дронами, самолетами «силой мысли» заканчиваются, как только задается вопрос о количестве ошибок и о скорости управления.Иной раз это все оказывается на уровне случайного срабатывания. Для индустрии развлечений такие гаджеты есть в любом магазине, но для реальной практики ничего нет.
— Почему вы так уверены, что идея командных нейроинтерфейсов выработалась, ведь выдано столько грантов, продолжается много работ по этой тематике?
— Потому что уже лет десять нет никакого продвижения в повышении эффективности неинвазивных нейроинтерфейсов. Нет даже теоретических подходов, как это сделать. Как когда-то ранее научились с помощью нейроинтерфейсов определять 4-5 мысленных команд, так это и осталось. Как была точность таких интерфейсов на 4 команды максимум 75%, — а это значит 25% ошибок, — так и осталось. Это в лаборатории, а если в больнице на инвалидных креслах — там точность менее 65%. А что такое точность 65%? Захотели повернуть направо, а в 35% случаев получилось налево.
— Это вы говорите про неинвазивные интерфейсы: шапочку с сенсорами надел на голову, приложение загрузил и командуешь. Но ведь есть инвазивные нейроинтерфейсы, когда электроды вставляют прямо в мозг. Там тоже нет продвижений? Получается, что Илон Маск и его сотрудники из Neuralink стараются зря?
— Вживлением электродов в мозг для создания нейроинтерфейсов тоже занимаются более 20 лет. Там основная идея такова: приблизить сенсоры непосредственно к нервным клеткам, тогда и команды можно было бы расшифровывать непосредственно от нейронов. Уже 15 лет назад американские ученые смогли подключить нейроинтерфейс к нескольким сотням нейронов мозга обезьяны, которая смогла одними мысленными усилиями играть в компьютерный пинг-понг и управлять тележкой, на которой сидела. А обездвиженные после инсульта пациенты смогли управлять манипулятором-рукой настолько, что подносили себе ко рту контейнер с напитком.
Илон Маск замахнулся на большее, он создал технологию для введения в мозг одновременно около ста тысяч контактов с нейронами в расчете на полную интеграцию мозга человека с искусственным интеллектом. Однако пока ничего большего, чем сделано было до него, не показал! Все тот же пинг-понг… А на людях он и вовсе ничего не сделал, у него и разрешения нет на подобные исследования.
— Так будут ли успешными разработки Илона Маска по созданию новых нейроинтерфейсов на основе внедрения в мозг все большего количества электродов?
— С инвазивными нейроинтерфейсами большая проблема: для вживления в мозг контактов нужна настоящая нейрохирургическая операция со всеми ее рисками и ограничениями. За 20 лет такой операции подверглись не более 30 тяжелых пациентов с результатами эпатажными для большой науки, но довольно скромными в практическом отношении. И все потому, что коды мозга распределены среди 86 миллиардов нейронов, сиюминутно изменчивы и высоко индивидуальны.
К тому же подключать к компьютеру здоровых людей через вживленные электроды, о чем мечтает Илон Маск, звучит как-то непривлекательно даже просто юридически. В этом отношении у Маска нет никаких перспектив. Думаю, что он вскорости сам закроет свой проект по нейроинтерфейсам.
— За двадцать лет во всем мире электроды для нейроинтерфейсов вживили не более тридцати пациентам? А почему так мало?
— Во-первых, это не так и мало. Исследователям удалось выяснить на что способны инвазивные нейроинтерфейсы. Вот и выяснили, что в лабораторных условиях пациенту требуется около года, чтобы освоить мысленное управление искусственной рукой и отдельными ее пластиковыми пальцами, или даже почувствовать прикосновения к этим пальцам. Немало для такого пациента!
Но все это дается с большим трудом, буквально в час по чайной ложке, да еще чужеродные мозгу электроды начинают отторгаться, и через 2-3 года вовсе перестают работать. При таких условиях традиционная сиделка намного эффективнее. А уж для управления протезами рук у ампутантов это и вовсе не нужно, полно других способов.
— Каких, например, способов?
— В 2016 году в Цюрихе проходило первое в мире соревнование нейротехнологий в реальном использовании у инвалидов. Я был научным руководителем команды нейротехнологов и инвалидов от РФ. Одним из видов была «гонка протезов рук»: инвалиды демонстрировали на себе различные устройства, позволяющие им мысленными командами управлять протезом. Вживление в мозг не использовалось. Инвалид должен был как можно быстрее пройти 6 испытаний искусственной руки: сервировать стол, нарезать хлеб, развесить белье и т.д.
— Так кто же выиграл?
— Победил Роберт Радоци из Нидерландов, инвалид и он же дизайнер своего протеза руки. У него от протеза к панели на плече противоположной здоровой руки шли тонкие пластиковые тросики. Так вот, двигая этим плечом, он научился так манипулировать натяжением тросиков, что на протезе у него очень ловко двигалась кисть и все пальцы. Получается, что кисть здоровой руки у него работает как обычно, держит хлеб, а плечом этой руки он двигает так, чтобы управлять другой рукой — протезом. Без вживления электродов в мозг, без регистрации движений мышц и т.д. Как видно, протезы и без нейроинтерфейсов имеют хорошую перспективу.
— Так что же, от идеи нейроинтерфейсов совсем нужно отказаться?
— Похоже, что поколения неинвазивных командных нейроинтерфейсов, от управления пачками альфа-ритмов до мысленных образов движения, действительно теряют свою практическую актуальность. Но сами концепции командных нейроинтерфейсов очень даже пригодятся в фундаментальной науке. Они позволяют изучать деятельность мозга в особых условиях, когда его команды выходят не на нервы и мышцы, как заложено природой, а непосредственно на электронные приводы. Однако мы выдвинули к разработке идею принципиально нового направления нейроинтерфейсных технологий: поколение 5.0.
— Что вы вкладываете в это понятие?
— Нейроинтерфейсы поколения 5.0 должны работать не для перехвата команд мозга, как в поколениях 1.0-4.0, а для формирования канала взаимодействия между мозгом и элементами искусственного интеллекта, например, разного рода сетями искусственных нейронов. Это попытка получить канал обучения искусственного интеллекта свойствам мозга человека.
-— Так что это должна быть за нейросеть, и как она будет учиться у человека?
— Современные композиции искусственных нейросетей могут учиться чему угодно буквально с нуля. AlphaZero за 24 часа научилась обыгрывать в шахматы все живое и неживое на Земле. Вопрос только в том, как создать условия, чтобы нейросеть понимала, чему ей надо учиться. Вот мы и пытаемся найти эти условия, создавая особый канал связи между мозгом и нейросетью, не просто для декодирования намерений человека, как в командный интерфейсах, а для взаимодействия с ним, буквально «посадив» эту нейросеть рядом с человеком для совместного проживания.
— Вы хотите «посадить» нейросеть анализировать активность мозга?
— Я бы сказал, не активность мозга, это все для командных интерфейсов, а взаимодействие с мозгом по типу: вопрос-ответ!
— Какое задание будет у этой нейросети?
— В нейроинтерфейсе 5.0 будут две композиции нейросетей: контур 1 и контур 2. Задачей контура 1 будет научиться по энцефалограмме понимать, когда в ответ на сделанное предложение мозг согласен, а когда нет. Еще лучше научить сетку понимать это в четырех градациях: «да», «почти да», «почти нет» и «нет».
Иначе говоря, сеть первого контура будет учиться по ЭЭГ понимать человека, с чем он согласен, а с чем – нет. Для двух градаций мы уже завершаем разработку и скоро перейдем к четырем градациям.
— «Мы» — это ваша команда в МГУ им.Ломоносова?
— Да, костяк команды — это моя лаборатория нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов в МГУ. Но разработка поколения нейроинтерфейсов 5.0 — это мультидисциплинарная задачка, в работе нужны не только нейрофизиологи, но и математики, программисты, психологи и даже лингвисты с философами. Поэтому у меня есть еще лаборатории в БФУ им. И.Канта и в Сколтехе. Есть взаимодействие еще с несколькими коллективами.
— Итак, допустим, вы сделали нейросеть, которая способна понимать эти четыре состояния мозга. Что дальше?
— Я рассказал только об одном контуре нейроинтерфейсов 5.0. Но всего их два. Во втором контуре нейросетки не только анализируют текущую ЭЭГ, но на основе этого делают предположения. Если человек что-то задумал, то что именно? Предположения нейросеток 2-го контура можно показать прямо на экране, обращенном к испытуемому.
— Но ведь задумать можно вообще что угодно…
— Понятно, что сетка никогда не догадается, что, например, вы сейчас держите в голове. Но если для начала мы ограничим фантазию испытуемого, и дадим ему список из 10 объектов, образы которых он может представлять на каждом шаге тестирования, и сетке тоже откроем это список, то число попыток быстро закончится.
— То есть если я задумала автомобиль, он сразу появится на экране. Да?
— Это так должно получиться на финише всех процедур обучения нейросетей в первом и втором контурах поколения 5.0, если идея сработает. А до этого первое же предположение нейросети, появившееся на экране, вызовет в контуре 1 оценку в категориях согласия или несогласия. Например, Вы задумали автомобиль, но предположение нейросетки — футбольный мяч. Реакция контура 1 – твердое «нет». Вот с этого момента и начинается обучение сеток в контуре 2.
— А как это наглядно будет выглядеть?
— Где-то в памяти второго контура будет записан икс – это то, что задумал испытуемый, и на самой дальней дистанции от него (ведь было твердое «нет») – футбольный мяч. И сетка запомнит признаки ЭЭГ, сопутствующие этой дистанции. Так с каждой новой задумкой испытуемого, с каждым предположением сетки в конуре 2 будет заполняться поле смысловых дистанций между первыми заданными десятью объектами.
Здесь важно, что это семантическое поле будет нарисовано не само по себе, а скопировано из мозга человека! Получается, что нейросеть уже понимает данного конкретного человека в отношении этих десяти объектов. Потом вбросим еще 5 объектов, подождем, пока и это выучит, и так далее. В результате получим настоящее нейроморфное копирование мозга в память машины.
— Так значит, нейроинтерфейсы 5.0 предназначены не для передачи команд мозга к механизмам, а для копирования семантических полей мозга?
— Совершенно верно. Но это только половина дела. Ведь в контуре 2 с каждым шагом сопоставляется текущая ЭЭГ с конкретным задуманным объектом. Причем не только с его формой, но и с его положением в семантическом поле.
Вот здесь мы надеемся, что при творческом подходе моих коллег к набору и конфигурации искусственных сеток контура 2 удастся перейти от заданного сетке набора объектов к генерации этих объектов самой сеткой на основе анализа ЭЭГ.
С этого момента мозг и искусственная нейросеть контура 2 окажутся на равных. Человек теперь тоже будет догадываться, что изобразила нейросеть. Начнется настоящее общение. Представляете, что такая обученная в контуре 2 нейросетка может понапридумывать?
— То есть, вы создаете настоящий творческий искусственный интеллект, который в результате вытеснит человека?
— Не вытеснит, а поможет. Это будет понимающий искусственный интеллект. Уже сейчас понятно, что вытеснение искусственным интеллектом человека сначала из сферы производства, а затем, очевидно, и из области управления бытовыми механизмами, приборами и процессами приведет формированию двух каст интеллекта, не понимающих друг друга. Поэтому нужно заранее строить системы искусственного интеллекта, включающие модули взаимного понимания на основе общих семантических полей.
Вот для этого и нужны нейроинтерфейсы поколения 5.0.
В новом типе отношений мозга и ИИ через нейроинтерфейсы 5.0 возникнет «мозг-машинный язык», информационная емкость которого, возможно, позволит мозгу напрямую обращаться к ячейкам памяти машин. В перспективе, человек сможет расширить потенциал своей памяти и быстродействия за счет внешних вычислительных средств.
При этом мы все время говорим о неинвазивных интерфейсах: снял шапочку с электродами и гуляй без ИИ.
— А как насчет сознания человека, оно же не скопируется в машину?
— В человеческом виде сознание не скопируется. Тем не менее при достаточно богатых семантических полях в машинной памяти могут зародиться модельные описания физического мира, напоминающее сознание человека. Однако давайте кое-что оставим на будущее, как интригу.
https://www.gazeta.ru/science/2023/03/13/16384939.shtml?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop&updated