В ближайшие месяцы было сделано немало удивительных открытий и изобретений в сфере изучения и улучшения самого удивительного объекта во вселенной: головного мозга. Сегодня поговорим о новом устройстве для изучения активности головного мозга, о технологии, сделавшей компьютерную симуляцию работы головного мозга намного реальней, о свежих испытаниях нейрочипа для улучшения памяти, о дистанционном управлениями движениями мышей через стимуляцию их мозга, и, конечно же, о новых сведениях о проекте по созданию удивительного нейроинтерфейса Neuralink.
Новые возможности изучения мозга.
Мы можем изучать мозг различными путями. Можно снимать электрические потенциалы с кожи головы с помощью электроэнцефалографа (ЭЭГ). Если обобщить, то: плюсы – можем увидеть активность разных частей мозга, минусы – не можем определить конкретно, какие части мозга видим. Если мы хотим посмотреть на конкретные участки мозга, то применяем функциональные магнитные томографы (фМРТ). Однако тут мы не можем оценить электрические импульсы, ведь фМРТ только регистрирует кровоток, который увеличивается в активной зоне спустя какое-то врем (хоть и секунды, но это очень долго). Да и картинки можем получать только раз (или несколько раз) в секунду, а нейроны обмениваются информацией гораздо чаше.
Есть весьма интересная методика, которая крайние лет 15 обретает все больше применения – магнитная энцефалография. При такой технологии аппарат может регистрировать колебания магнитного поля, которые возникают из-за активности нейронов. Отлично можно рассмотреть какие области мозга активны, моментально можно установить, когда они становятся активными. Однако магнитоэнцефалографы не распространены из-за своей громоздкости и из-за высокой стоимости самого аппарата. Да и исследование совсем неудобное для человека – надо засунуть голову в огромный аппарат и сидеть строго без движений. Шея устанет, нагнешь голову – исследование недостоверно. С детьми вообще практически нереально работать. Иногда надо исследовать мозговую активность в палате, прибор туда не протащить.
Однако технология приобретает новое дыхание. Исследователи из Великобритании создали магнитоэнцефалограф в виде шлема с проводами. Во время исследования человек может ходить, выполнять действия, двигать головой. Надо изучать мозговую активность в течение часа-двух, в любой обстановке – без проблем. Новый прибор точно показывает изменения активности нейронов определенных участков мозга с интервалом в тысячные доли секунды.
Симуляция работы мозга ближе.
Пока что компьютеры далеки от имитации работы всех нейронов нашего мозга. Не удивительно – 100.000.000.000 нейронов, в тысячу раз больше связей между ними, которые постоянно меняются. В настоящее время самые лучшие суперкомпьютеры могут обрабатывать только 2.000.000.000 нейронов.
Однако в марте этого года был предложен принципиально новый алгоритм симуляции взаимодействия нейронов головного мозга. Данная технология радикально сокращает время расчета и использование памяти компьютеров.
В ходе испытаний этого алгоритма он работал на 55% быстрее предыдущих моделей на случайной нейронной сети.
Посмотрим на пятилетний прогресс. В 2013 году для симуляции 1 секунды работы 0.1% человеческого мозга потребовалось 40 минут на самом мощном суперкомпьютере. Теперь симуляция работы одной секунды 1% мозга на суперкомпьютере средней мощности занимает около пяти минут.
Еще один нейрочип для улучшения памяти.
Представляете себе, всего за полгода уже третий раз прошли испытания нейрочипов для улучшения памяти! Опять на пациентах с эпилепсией, опять память улучшена минимум на треть!
Лучше всего об прогрессе на этом поприще сказал исследователь Роберт Хэмпсон из университета Уэйк-Форест в Уинстон-Салеме (США): «Мы показали, что мы можем «влезть» в память человека, усилить ее и заставить мозг ее запомнить. Даже если человек страдает от проблем с памятью, мы можем найти те части его центра памяти, которые работают неправильно, и обойти их, используя исправные цепочки нейронов.
Затем у нас появится возможность «скармливать» мозгу пациента нервные импульсы, которые будут помогать ему формировать новые воспоминания, помнить лица родственников и внуков»
В новом исследовании пациентам с эпилепсией в гиппокамп были имплантированы электроды перед операцией по удалению эпилептических очагов. Улавливали импульсы, появляющиеся при запоминании, множили их и возвращали обратно. Все пациенты тестировались с помощью компьютерной игры на внимательность и быстроту памяти. Во время этой игры компьютер вводил на экран геометрическую фигуру определенного цвета, которую участники должны были запомнить и потом выбрать из пяти разных вариантов, позже заменяли простые одноцветные фигуры на фотографии, и добавляли задержку по времени – участники опытов должны были назвать правильный ответ не сразу, а через час после того, как они видели снимки в последний раз.
Как показали эти опыты, кибер-протез существенно улучшил работу памяти добровольцев во всех случаях, повысив число правильных ответов примерно на 33-40%. Планируются испытания на людях, страдающих от старческой деменции, болезни Альцгеймера и других проблем с памятью.
Прекрасный прогресс!
Управляй животным в реальном мире!
Да, теперь уже имеются возможности дистанционного управления животными. Прямо как персонажем в компьютерной игре. И сделано это в Корее.
Исследователи изучили мозг мышей, определили зоны, которые активируются при изучении мышью новых объектов. Потом этим мышкам, встроили им в мозг имплант с нитью оптоволокна. Направляем свет — активируем оптоволокно – активируются нейроны.
- В первой части исследования в клетку мыши помещали игрушку на палочке. Когда нейроимплант давал свет, животное не могло оторваться от игрушки и преследовало ее, а как только имплант выключали — оно теряло интерес.
- Во второй части – мышек посадили в лабиринт с семью «ловушками»: проволочной лесенкой, узким мостиком и участком с неровной поверхностью, самкой во время течки (эксперементальные мыши были самцами) и кормушкой. Во время второго этапа к импланту прикрепили игрушку на управляемой дистанционно «удочке» (получилась модель этакой морковки перед ослом).
Это надо видеть! Посмотрите видео начиная с 02:05 (можете и раньше, но там не так интересно ? ). Сравните, как мышь проходит лабиринт при активации импланта и управлении из вне и без активации. Эксперименты показали, что имплант может заставить животное игнорировать сексуальные и пищевые стимулы, терять интерес к объекту или, наоборот, преследовать его без остановки.
Neuralink будет начинать работать с животными.
Напомню, Neuralink – это проект Илона Маска, который был представлен миру в прошлом году. Суть проекта в создании совершенного нейроинтерфейса, который в краткосрочной перспективе поможет справиться с параличами и нейродегенеративными заболевания головного мозга, в долгосрочной – многократно расширит способности головного мозга, позволит «связать» нашу нервную систему с компьютером.
Вот выдержка из письма сотрудника Neuralink Джареда Бирчелла:
«Холдинг намерен использовать второй этаж в качестве междисциплинарной мастерской для электрических, химических, механических и инженерных работ и компьютерных разработок, к ней будет присовокуплен небольшой механический цех для модификации небольших биомеханических устройств, 3D-печати и CNC-фрезерования. Механический цех является вспомогательным отделом мастерской.
Холдинг намерен использовать третий этаж для биологической исследовательской лаборатории для испытания и разработки нейробиологических интерфейсов. В качестве вспомогательных помещений потребуется чистая комната для интеграции устройств, небольшая операционная комната для испытаний в естественных условиях и небольшая комната для содержания грызунов. […] Чистая комната, операционная и жилье для грызунов включены в лабораторное использование».
Ждем следующих новостей об этом удивительном проекте!
