Сотрудница Центра нейроэкономики следит за активностью своего мозга, Москва, сентябрь 2015 года
Маттео Феурра говорит по-английски с итальянскими нотками. Он увлечен, слова льются музыкой, и ты почти забываешь, что он проводит научный эксперимент. Он стоит за спинкой кресла, а в нем девушка, которая сидит не шелохнувшись. Ученый просит ее вообразить движение пальцами. Сам он касается ее головы прибором размером с ракетку для пинг-понга. Слышен щелчок, в мозг девушки послан магнитный импульс. Мы переводим взгляд на монитор, где проносятся волны миограммы.
Итальянец так ловко управляется с прибором магнитной стимуляции, что образ приходит сам собой: «Вы прямо новый Паскуаль-Леоне!» Маттео улыбается. Разводит руками: «Ох, было бы здорово».
Мысль материальна
Альваро Паскуаль-Леоне, профессор Медицинской школы Гарварда, одним из первых применил такие приборы в когнитивной науке. С их помощью можно временно «включить» или «выключить» крохотный участок мозга и выяснить, как это влияет на поведение и мышление человека. Еще в середине 1990-х Паскуаль-Леоне показал, что мысль материальна: если выполнять движения в уме, нервная ткань перестроится так, словно вы упражнялись по-настоящему.
Приборы с тех пор улучшились и есть в лабораториях и клиниках по всему миру. Их применяют в неврологии, реабилитации, психиатрии — там, где нужно выявить проблемную зону мозга и, если получится, наладить ее работу. Но в московском Центре нейроэкономики и когнитивных исследований, созданном на базе факультета психологии НИУ ВШЭ, где Маттео руководит Группой изучения памяти и моторного контроля, изучают не болезни, а нормальный «повседневный» мозг обычных людей.
Сто тысяч нейронов
О мозге человека мы знаем мало — гораздо меньше, чем про мозг мышей и крыс: с мозгом человека работают в мире не больше 1% нейробиологов. Почти все сведения о нервных сетях, устройстве синапса или влиянии генов, о чем написано в учебниках, почерпнуты из опытов с животными, находящимися под анестезией. А в жизни все куда интереснее, говорит Михаил Лебедев из Университета Дьюка (США): когда вы открываете глаза и смотрите на мир вокруг, включается не только зрительная кора, работают участки по всему мозгу, идет постоянный круговорот сигналов. И так обеспечивается пластичность, позволяющая слепым, например, видеть путем стимуляции языка: «Правда, чтобы получить такую колоссальную пластичность, — рассказывает Лебедев, — нужно длительное время провести без зрения и упражняться. Но так не всегда: допустим, вы садитесь за руль нового авто и за две-три минуты вы уже подстроились».
Если выполнять движения в уме, нервная ткань перестроится так, словно вы упражнялись по-настоящему
Центр нейроэкономики создан в НИУ ВШЭ чуть больше года назад. Он объединил ученых разных стран и направлений — все они изучают психику и мышление, но разными способами. Михаил Лебедев руководит в этом Центре работой по созданию интерфейсов «мозг-компьютер». За его плечами сотни экспериментов на пару с Мигелем Николелисом, бразильским кудесником коры и электрода, не устающим удивлять научный мир эффектными идеями. Их обезьяны в Университете Дьюка мысленно управляют роботами, осязают без рук и объединяются в команду по нейросети. Все это требует хирургической операции и вживления электродов в ткань мозга. Поэтому обезьяны — необходимый этап, после чего нейроинтерфейс можно будет пробовать на человеке: «Лаборатории вроде нашей часто получают письма от людей, которые хотят, чтобы им имплантировали в голову считывающую матрицу, — рассказывает Лебедев. — И не всегда это инвалиды. По мере того как технология будет становиться безопасной, иметь имплант будет модно. Но нужно решить два вопроса: биосовместимость и энергопитание. И чтобы все было компактно, прикрыто кожей. Сейчас все-таки провода торчат из головы».
«По нашим грубым прикидкам, — продолжает Лебедев, — нужно записывать сто тысяч нейронов, чтобы управление искусственной конечностью стало сравнимо с обычной рукой. И этого уже не так долго ждать. Когда мы начинали, был один электрод, один нейрон. Причем исследователь был счастлив, что нашел нейрон. Бывало, только поймал сигнал, обезьяна перестала работать. И ученый срывался в ближайший магазин покупать свежий сок».
По мнению Лебедева, прорыв случится, когда интерфейсы приблизятся или превзойдут возможности человеческого тела. Пока обычный джойстик или мышка лидируют с большим отрывом: мысленный контроль все еще груб, хотя и позволяет набирать текст на экране или управлять протезом. Но пока это все неудобно: сначала вы должны подумать о правой руке — и вот протез пошел вправо, потом подумать о левой руке — и он повернул влево, один бит информации — долго и медленно. Но рано или поздно интерфейс достигнет естественных скоростей и станет удобным. Мы будем управлять машинами со скоростью мысли.
От мозга к мозгу
А ведь к мозгу можно подключить не только устройство, но и другой мозг. И так создать целую сеть, «супермозг». Первые опыты с крысами уже проведены — все в том же Университете Дьюка. Лебедев фантазирует: «Представьте себе: есть врач — терапевт и есть больной, у которого проблемы с двигательным аппаратом. Врач получает обратную связь непосредственно из нервной системы пациента и буквально чувствует, как идет выздоровление. И если вклад больного и вклад терапевта в контроль движений смешивать в разных пропорциях, то так можно налаживать эту терапию. Можно совмещать ощущения, подключать искусственные органы чувств». Чистая фантастика? И да и нет.
В Центре нейроэкономики как раз изучают социальный мозг, а не «человека изолированного», как это бывает в научных исследованиях. Ведь нейроэкономика — это не модный термин с приставкой «нейро», это наука о том, как человек принимает решения. Ученых Центра интересует, как люди принимают решения в группах, как работает влияние окружающих.
Михаил Лебедев
«Мы вместе с Василием Ключаревым и Анной Шестаковой исследовали конформность, — говорит Алексей Осадчий, руководитель Группы методов нейровизуализации. — Это попытка по данным энцефалограммы понять, насколько человек поддается мнению других людей. Мы почти научились находить области мозга и паттерны активности, которые предсказывают, когда человек более уступчив, более конформный. Причем эти сведения можно получить без какой-либо задачи, просто через анализ данных группы».
Алексей признается, что эта легкость его немного пугает. С развитием нейронаук мы незаметно очутились в мире, где ученые могут узнать о качествах человека больше, чем он сам. Недавно ученые из Оксфордского университета показали, что по анализу связей мозга (коннектома) можно увидеть, что человек, например, подвержен гневу, часто нарушает правила или что у него богатый словарный запас. И уже завтра анализ этих связей станет глубже и мощнее.
Сигналы из зазеркалья
Если профессор Лебедев использует вживленные электроды, то группа Осадчего придумывает, как без них обойтись. Осадчий ищет новые способы анализа данных. И называет мозг зазеркальем: «Как свет через зеркало не проходит, потому что там отражающее напыление, точно так же и электрический сигнал через череп почти неразличим, потому что у черепа проводимость в несколько десятков раз меньше, чем проводимость окружающей ткани. Поэтому у неинвазивных методик есть ограничения. Но мне кажется, нам до них далеко».
«Лаборатории вроде нашей часто получают письма от людей, которые хотят, чтобы им имплантировали в голову считывающую матрицу, иметь имплант будет модно»
Спрашиваю: можно ли по энцефалограмме различить внутреннее состояние человека? Например, что он сомневается?
«Наверное, удастся в каких-то случаях, — отвечает Осадчий. — Вся обработка данных довольно проста, после того как мы знаем, как обрабатывать. Если у нас есть коэффициенты, формулы, алгоритмы, дальше вычислить все не очень сложно. Гораздо сложнее найти эти признаки. Вот признаки конформности уже более-менее понимаем. Или уровня концентрации».
Он приводит в пример работу Ольги Базановой из Новосибирского НИИ молекулярной биологии и биофизики, которая разработала тренажер для скрипачей. Прибор измеряет концентрацию внимания и то, насколько расслаблены мышцы руки, потому что во время игры напряжения быть не должно. Данные выводятся музыканту в реальном времени, и через такую обратную связь он может достичь нужного состояния перед концертом.
«Можно еще измерять степень вовлеченности, — рассказывает Осадчий. — Это важно, скажем, для оценки эффективности рекламы, насколько она вызывает отклик у человека. Вот такие штуки уже реально видеть. Есть нейропочерки, есть методики анализа, алгоритмы. С их помощью можно найти нужные параметры и построить систему распознавания. Но в будущем будут считывать не только мозговые сигналы. Скажем, игроки в покер — они же психологи страшные, по еле заметным жестам и языку тела все понимают. Есть куча других признаков, помимо энцефалограммы, которые позволяют распознать состояние человека. Так что, думаю, будущее за составными системами».
В Центре есть ай-трекер (eye — глаз): человек садится за компьютер, и устройство фиксирует направление его взгляда. Все движения зрачков записываются, сам испытуемый может заново посмотреть ролик и узнать, куда точно смотрели его глаза. И если вместе с данными мозга отслеживать взгляд, можно узнать не только силу внимания, но и его направленность.
Машина предсказаний
Однако очевиден вопрос: измеряя физиологию, как мы можем быть уверены в том, что видим работу психики? Мозг же занят кучей дел сразу.
Осадчий чуть задумывается: «Хороший вопрос… Конечно, мы измеряем лишь след, какое-то «эхо» событий». (Так, заметим, астрофизики по мюону изучают след проскочившего нейтрино.) «Но есть уже большая база данных, в которой зафиксированы разные реакции коры головного мозга: она «отвечает» по-разному в разных ситуациях. Сейчас мы движемся в направлении поиска сетей. Мы смотрим не просто на то, какие области коры головного мозга работают, но и как они связаны. Например, есть ли между ними нервные пути, синхронно ли они включаются и так далее. После того как будет создана база данных таких сетей — а для этого нам нужно научиться надежно их находить, — их анализ даст нам большую специфичность. Мы сможем четче ловить тот или иной когнитивный процесс».
Алексей Осадчий
Спрашиваю: рационально ли заниматься изучением электрического «эха» мыслей, коли можно попытаться смоделировать этот процесс на компьютере? Осадчий отвечает, что не верит в такой вариант: «Мы подсмотрели идею крыльев у птицы, но самолет не машет крыльями». Осадчий считает, что надо ставить эксперимент — сравнивать, как делает выбор человек и как это происходит в компьютере. Если окажется, что у человека выбор устроен так же, — все отлично. Дальше можно делать микрочип, который выполняет ровно эту функцию. Не надо ее повторять с помощью миллионов цифровых нейронов.
Как тогда назвать то, что делает мозг?
Осадчий: «Еще Герман фон Гельм-гольц сказал, что мозг — это машина предсказаний. Когда мы что-то видим, мы измеряем ошибку между нашим ожиданием и тем, что поступает на вход через глаза. Вот эту дельту мы распространяем по сетям туда-обратно, чтобы обновить нашу внутреннюю модель. А уж то, насколько мы ее обновляем, определяется такой штукой, как коэффициент усиления фильтра Калмана. Проще говоря, тем, насколько мы восприимчивы прямо сейчас. Я на вас смотрю и обновляю вашу модель. На людей слева я не смотрю, хотя знаю, что они там есть. Коэффициент усиления моего фильтра на обновление их модели близок к нулю. Идея в том, что такая оптимальная обработка реализована в наших головах».
Вообще-то в наших головах есть и музыка Стравинского, и воспоминания юности, и внутренний диалог, и идеальный мир математики. И ни одна теория не даст исчерпывающего ответа. Нужен синтез идей, и ученые все чаще объединяют исследования. И пусть нейробиологи не претендуют на полное описание человека, в их руках есть инструменты, чтобы заглянуть по ту сторону зеркала. Увидеть и измерить кипучую деятельность, идущую там без нашего ведома, лучше понять, кто мы и что нами движет.
Фото: Михаил Дмитриев/НИУ ВШЭ, hse.ru