Miks aju-aju suhtlus pole enam mõeldav

Telepaatia, umbes 23. sajand: Vulkaani mõtteliit, mis on saavutatud templite puudutamisega sõrmeotstega, on aktsepteeritud tehnika, kuidas "Star Treki" episoodi süžee edasi viia minimaalse dialoogiga, jagades sensoorseid muljeid, mälestusi ja mõtteid mitteinimlikud tegelased.

Seotud lugemised

Väljaspool piire

Osta

Seotud sisu

• See geeniuse insult võib lubada teil oma ajuga kirjutada

Telepaatia, 2015: Washingtoni ülikooli Sensorimotoorse Neuraalehituse Keskuses poetas noor naine elektroentsefalogrammi korgi, millele on lisatud elektroodid, mis suudavad lugeda aju pinge minutilisi kõikumisi. Ta mängib mängu ja vastab küsimustele, pöörates oma pilgu ühele kahest vilkurist, millel on silt “jah” ja “ei”. “Jah” tuli vilgub 13 korda sekundis, “ei” kell 12 ja erinevus on tema tajumiseks liiga väike, kuid piisav arvuti jaoks, et tuvastada nägemiskehas neuronite tulistamist. Kui arvuti tuvastab, et ta vaatab jah-valgust, saadab see signaali teise hoone tuppa, kus teine ​​naine istub pea taga asetatud magnetilise mähisega. Jah-signaal aktiveerib magneti, põhjustades lühiajalisi häireid teise subjekti nägemisväljas - virtuaalset välku („fosfeeni“), mida ta kirjeldab sarnaselt kuumaga välgu ilmnemisele silmapiiril. Sel moel edastatakse esimesed naise vastused teisele inimesele kogu ülikoolilinnaku kaudu, minnes “Star Treki” paremaks: vahetades teavet kahe mõistuse vahel, kes pole isegi samas kohas.

Peaaegu kogu inimajaloo vältel oli teada, et ainult viis looduslikku meeli olid ajusse sisenemiseks ning keel ja žest kanalite kaudu. Nüüd rikuvad teadlased mõistuse neid piire, liiguvad teavet ruumis ja ajas sisse ja välja ning läbi selle, manipuleerides ja potentsiaalselt täiustades seda. See eksperiment ja teised on olnud vestluse alustamise demonstratsioon, ”ütles teadur Rajesh Rao, kes viis selle läbi koos oma kolleegi Andrea Stoccoga. Vestlus, mis tõenäoliselt domineerib suurel osal sellest sajandist neuroteaduses, lubab uut tehnoloogiat, mis mõjutab dramaatiliselt dementsuse, insuldi ja seljaaju vigastuste käsitlemist. Kuid see puudutab ka mõtlemise edendamiseks mõeldud uute võimsate uute vahendite eetikat ning lõppkokkuvõttes teadvuse ja identiteedi olemust.

See uus uuring kasvas välja Rao töös aju-arvuti liidestes, mis töötlevad närviimpulsid signaalideks, mis saavad väliseid seadmeid juhtida. EEG kasutamine roboti juhtimiseks, mis suudab ruumis navigeerida ja objekte korjata - mida Rao ja ta kolleegid demonstreerisid juba 2008. aastal - võib neljapäevase legendi jaoks olla tavaline.

Kompositsioonianduritega robotkarkassid, mida siin hoiab Miguel Nicolelis, tuvastavad positsiooni, temperatuuri ja rõhu muutused ning saadavad selle teabe ajule. (Paulo Whitaker / Reuters / Corbis) Aju mitteinvasiivseks jälgimiseks sobib Rajesh Rao uuringus osalejatele EEG-korkidega ja lisab juhtivat geeli, nii et peanahk ja elektroodid loovad hea kontakti. (Jose Mandojana) Seadmete hulgas, mida teadlased demonstreerimisel kasutasid, olid EEG-kork, EEG-elektroodid, kaablid, juhtpult ja signaalivõimendi. (Jose Mandojana) Ahvid kasutasid hiljutises uuringus oma aju virtuaalse käe juhtimiseks ja virtuaalsete objektidega manipuleerimiseks. Ajule tagastatud elektrilised signaalid jäljendasid puutetunnet. (Nicolelis Lab) Teadlased rikuvad mõistuse piire, liigutavad teavet nii ruumis kui ka ajas sisse ja välja ning läbi ruumi. (Jose Mandojana) Washingtoni ülikooli teadlased Rajesh Rao (vasakul) ja Andrew Stocco (paremal) osalevad esimeses aju-aju liidese demonstratsioonis. (Washingtoni ülikool)

Kui Rao ütles, et see oli esimene teade, mis saadeti otse ühest inimese ajust teise, valis ta Stocco tööle, et aidata mängida põhilist „Kosmosevallutajate” tüüpi mängu. Kuna üks inimene jälgis rünnakut ekraanilt ja suhtles, kasutades ainult arvatut parimat hetke tulekahju tekitamiseks, sai teine ​​magnetvälja impulsi, mis põhjustas tema käe ilma teadliku pingutuseta klaviatuuri nuppu vajutada. Pärast mõnda harjutamist said Rao sõnul nad sellega üsna hästi hakkama.

"See on tore, " ütlesin, kui ta mulle protseduuri kirjeldas. "Kas saate teda klaverit mängima?"

Rao ohkas. "Mitte millegagi, mida me praegu kasutame."

Kõige selle teaduse uurimisel ja aju kaardistamisel viimastel aastakümnetel jääb mõistus mustaks kasteks. Filosoof Thomas Nageli kuulus 1974. aasta essee küsis “Mis tunne on olla nahkhiir?” Ja jõudis järeldusele, et me ei saa kunagi teada; teist teadvust - teist inimest, rääkimata teise liigi liikmest - ei saa kunagi mõista ega sellele juurde pääseda. Rao ja veel mõne teise jaoks väikese ukse avamine on märkimisväärne saavutus, isegi kui teos on nii kontseptuaalselt kui ka tehnoloogiliselt enamasti rõhutanud, kui suur väljakutse see on.

Arvutusvõimsus ja programmeerimine on väljakutse ees; probleemiks on aju ja arvuti vaheline liides, eriti see, mis läheb suunas arvutist aju. Kuidas saadate signaali inimese aju hinnanguliselt 86 miljardi hulgas paremasse närvirakkude rühma? Kõige tõhusam lähenemisviis on siirdatud transiiver, mille saab aju väikeste piirkondade stimuleerimiseks isegi juhtmega ühendada, isegi kuni ühe neuronini. Selliseid seadmeid kasutatakse juba aju sügavaks stimulatsiooniks - tehnikaks Parkinsoni tõve ja muude häiretega patsientide raviks elektriliste impulssidega. Kuid ajuoperatsiooni teostamine ravimatu haiguse korral on üks asi ja midagi muud, kui teha seda osana eksperimendist, mille eelised on parimal juhul spekulatiivsed.

Nii kasutas Rao tehnikat, mis ei hõlma kolju avamist, kõikuvat magnetvälja, et indutseerida aju piirkonnas pisike elektrivool. See näib olevat ohutu - tema esimene vabatahtlik oli tema kaasautor Stocco -, kuid see on toores mehhanism. Rao sõnul pole väikseim piirkond, mida saab sel viisil stimuleerida, päris poole tolli kaugusel. See piirab selle rakendamist mootori bruto-liikumistega, näiteks nupule vajutamise või lihtsa jah-ei-suhtlusega.

Teine teabe edastamise viis, mida nimetatakse fokuseeritud ultraheliks, näib olevat võimeline stimuleerima aju piirkonda, mis on nii väike kui riisitera. Kui ultraheli meditsiinilised rakendused, näiteks pildistamine ja kudede ablatsioon, kasutavad kõrgeid sagedusi, alates 800 kilohertsist kuni megahertside vahemikuni, leidis Harvardi radioloogi Seung-Schik Yoo juhitud meeskond, et sagedus 350 kilohertsi töötab hästi ja ilmselt ohutult., signaali saatmiseks roti ajule. Signaal pärineb EEG-ga varustatud vabatahtlikust inimesest, kes proovis tema ajulaineid; kui ta keskendus arvutiekraanil konkreetsele tulede mustrile, saatis arvuti rotile ultrahelisignaali, mis liigutas vastuseks tema saba. Yoo sõnul ei näidanud rott kahjulikke mõjusid, kuid fikseeritud ultraheli ohutus inimese ajule pole tõestatud. Osa probleemist on see, et erinevalt magnetilisest stimulatsioonist ei ole täielikult teada mehhanism, mille abil ultrahelilained - mehaanilise energia vorm - tekitavad elektripotentsiaali. Üks võimalus on see, et see toimib kaudselt, hüpikustades ajurakkudes vesiikulid või kotid, ujutades need üle neurotransmitteritega, näiteks lastes dopamiini tulistada täpselt õigesse kohta. Teise võimalusena võib ultraheli indutseerida rakumembraanis kavitatsiooni - mullitamist -, muutes selle elektrilisi omadusi. Yoo kahtlustab, et aju sisaldab mehaanilise stimuleerimise retseptoreid, sealhulgas ultraheli, mida neuroteadlased on suuresti tähelepanuta jätnud. Sellised retseptorid võtaksid arvesse näiteks tähtede nägemise või valguse sähvatuse tekkimist näiteks pealaest. Kui fokuseeritud ultraheli osutub ohutuks ja sellest saab arvuti-aju liidese teostatav lähenemisviis, avaks see laia valiku võimalusi - tegelikult vaevalt ette kujutatud - võimalusi.

Otsene sõnaline suhtlus üksikisikute vahel - Rao eksperimendi keerukam versioon, kus kaks omavahel ühendatud inimest vahetavad selgesõnalisi väiteid lihtsalt neile mõeldes - on kõige ilmsem rakendus, kuid pole selge, kas keelt valdav liik vajab tehnoloogiliselt arenenumat viisi, kuidas öelda: Mul on hilja ”või isegi“ ma armastan sind. ”Emory ülikooli psühholoogia doktorikandidaat John Trimper, kes on kirjutanud aju-aju-liidese eetilistest mõjudest, spekuleerib, et tehnoloogia“ eriti juhtmeta ülekanded, võiksid lõpuks lubada sõduritel või politseil või kurjategijatel operatsioonide ajal vaikselt ja varjatult suhelda. ”See oleks kauges tulevikus. Siiani oli kõige sisukam sõnum, mis saadeti aju-aju kaudu inimeste vahel, kes rändasid Indiast pärit subjektilt Prantsusmaal Strasbourg'is asuvasse teemasse. Esimene Barcelonas asuva grupi vaevaliselt kodeeritud ja binaarsümboliteks dekodeeritud sõnum oli “ hola ”. Keerukama liidese abil võib ette kujutada näiteks halvatud insuldi ohvrit, kes suhtleb hooldaja või tema koeraga. Siiski, kui ta ütleb: "Tooge mulle ajalehte", on olemas või on peagi olemas kõnesüntesaatorid ja robotid, kes seda suudavad. Mis saab siis, kui inimene on ALS-i vaevatud suur füüsik Stephen Hawking, kes suhtleb sõna esimeste tähtede tippimiseks põsesarna abil? Kindlasti võiks maailm saada kasu tema mõtte otsekanalist.

Võib-olla mõtleme ikka liiga väikesele. Võib-olla pole looduskeele analoog aju-aju-liidese tapjarakendus. Selle asemel peab see olema midagi globaalsemat ja ambitsioonikamat - teavet, oskusi, isegi sensoorset sisendit. Mis siis, kui meditsiinitudengid saaksid tehnika alla laadida otse maailma parima kirurgi ajust või kui muusikud pääseksid otse suure pianisti mällu? “Kas oskuste õppimiseks on ainult üks viis?” Muigab Rao. “Kas otsetee võib olla olemas ja kas see on petmine?” See ei pea isegi teise inimese aju kaasama. See võib olla loom - mis tunne oleks kogeda maailma haistmise teel nagu koer või ehholokatsiooni abil nagu nahkhiir? Või võiks see olla otsimootor. "See on eksami petmine, kui kasutate nutitelefoni Internetist asjade otsimiseks, " ütleb Rao, "aga mis siis saab, kui olete juba aju kaudu Internetiga ühendatud? Ühiskonna edukuse mõõt on üha enam see, kui kiiresti me seal olevale teabele juurde pääseme, seda seedime ja seda kasutame, mitte aga see, kui palju suudate omaenda mällu mahtuda. Nüüd teeme seda sõrmedega. Kuid kas on midagi olemuselt valesti, kui teete seda lihtsalt mõtlemisega? ”

Või võib see olla teie enda aju, mis on mingil eelsel hetkel üles laaditud ja edaspidiseks kasutamiseks digitaalselt säilitatud. “Ütleme, et aastaid hiljem on teil insult, ” ütleb Stocco, kelle enda emal oli 50-ndates eluaastates insult ja ta ei kõndinud enam kunagi. „Nüüd lähete rehabiliteerima ja see on nagu kõik jälle kõndima õppimine. Oletame, et võiksite selle võime lihtsalt oma ajju alla laadida. Tõenäoliselt ei töötaks see ideaalselt, kuid selle võime taastamisel oleks see suur edumaa. ”

Miguel Nicolelis, loov Duke'i neuroteadlane ja TED Talksi ringraja lummav õppejõud, teab hea meeleavalduse väärtust. 2014. aasta maailmameistrivõistluste jaoks töötas Brasiilias sündinud jalgpalliklubi Nicolelis koos teistega EEG-impulsside abil juhitava roboti eksoskeleti ehitamiseks, mis võimaldaks noorel parapleegilisel mehel anda tseremoniaalne esimene löök. Suur osa tema tööst on nüüd ajudevaheline suhtlemine, eriti väga esoteeriliste tehnikate abil, kuidas ühendada meeled probleemi lahendamiseks. Meeled pole inimlikud, seetõttu saab ta kasutada elektroodide implantaate koos kõigi selle eelistega.

Üks tema silmatorkavamaid katseid hõlmas laborirotte, õppides koos ja liikudes sünkroonis ajusignaalide kaudu. Rotid koolitati kahe hoova ja iga kohal asuva tulega kambrisse. Vasak- või parempoolne tuli vilkuma hakkavad ja rotid õppisid preemia saamiseks vastavat kangi vajutama. Seejärel nad eraldati ja mõlemad paigaldati motoorse koore külge elektroodidega, ühendati arvutite kaudu, mis proovisid ühe roti ajuimpulsse (“kooder”) ja saatsid signaali teisele (“dekooder”). „Kodeerija” rott näeks ühte kerget välku - ütleme vasakut - ja suruks oma tasu eest vasakut kätt; teises kastis vilksid mõlemad tuled, nii et “dekooder” ei teaks, millist hooba vajutada - kuid kui ta sai signaali esimeselt rotilt, läheb ta ka vasakule.

Nicolelis lisas sellele meeleavaldusele nutika keerutuse. Kui dekoodri rott tegi õige valiku, premeeriti teda ja kodeerija sai ka teise preemia. See tugevdas ja tugevdas (teadvuseta) närviprotsesse, millest tema ajus prooviti. Selle tulemusel muutusid mõlemad rotid oma vastustes täpsemaks ja kiiremaks - “omavahel ühendatud ajupaar ... edastavad teavet ja teevad reaalajas koostööd.” Teises uuringus juhtis ta virtuaalse käe juhtimiseks kokku kolm ahvi; igaüks võis seda ühes mõõtmes teisaldada ja ekraani vaadates õppisid nad koos töötama, et seda õiges kohas manipuleerida. Ta ütleb, et suudab seda tehnoloogiat kasutada insuldi ohvril teatud võimete taastamiseks, ühendades oma aju terve vabatahtliku omaga, kohandades sisendite proportsioone järk-järgult, kuni patsiendi aju teeb kogu töö. Ja ta usub, et seda põhimõtet võiks lõputult laiendada, et meelitada miljoneid ajusid koos töötama „bioloogilises arvutis”, mis tegeles küsimustega, millele ei saanud binaarses vormis vastata ega vastata. Sellelt ajude võrgustikult võiksite küsida elu mõtet - te ei pruugi saada head vastust, kuid erinevalt digitaalarvutist mõistaks see vähemalt küsimust. Samal ajal kritiseerib Nicolelis püüdlusi jäljendada meelt digitaalses arvutis, hoolimata sellest, kui võimsad nad on, öeldes, et nad on võltsid ja miljardeid dollareid raiskavad. Aju töötab erinevate põhimõtete järgi, modelleerides maailma analoogia põhjal . Selle edasiandmiseks pakub ta välja uue kontseptsiooni, mida ta nimetab matemaatik Kurt Gödeliks „Gödelian information“; see on reaalsuse analoogne kujutis, mida ei saa taandada baitideks ja mida ei saa kunagi neuronitevaheliste ühenduste kaardiga hõivata (“Upload Your Mind”, vt allpool). "Arvuti ei genereeri teadmisi, ei teosta isevaatlust, " ütleb ta. "Roti, ahvi või inimese aju sisu on palju rikkam, kui me suudaksime kunagi binaarsete protsesside abil simuleerida."

Selle uurimistöö eesrindlik osa hõlmab tegelikke ajuproteese. Lõuna-California ülikoolis töötab Theodore Berger välja hipokampuse mikrokiibil põhinevat proteesi - imetaja aju seda osa, mis töötleb lühiajalised muljed pikaajalisteks mälestusteks. Ta koputab sisendkülje neuronitesse, juhib signaali programmi kaudu, mis jäljendab muutusi, mida hipokampus tavaliselt täidab, ja saadab selle tagasi ajju. Teised on Bergeri tehnikat kasutanud ühelt rotilt teisele õpitud käitumise mälestuse saatmiseks; siis õppis teine ​​rott ülesande tavalisest palju lühema ajaga. Kindel on see, et seda tööd on tehtud ainult rottidel, kuid kuna hipokampuse degenereerumine on üks dementsuse tunnuseid inimestel, öeldakse selle uuringu potentsiaali tohutut potentsiaali.

Arvestades aju-aju vahelise suhtluse tulevikupotentsiaali, on otstarbekas loetleda mõned asjad, mida ei väideta. Esiteks ei tähenda see, et inimestel oleks mingisugust looduslikku (või üleloomulikku) telepaatiat; kolju sees virvendavad pinged pole lihtsalt piisavalt tugevad, et mõni teine ​​aju neid elektroonilise lisaseadmeta lugema hakkaks. Samuti ei saa signaale (mis tahes tehnoloogiaga, mis meil on või mida me ette näeme) edastada ega vastu võtta salaja ega vahemaa tagant. Teie mõistus töötab kindlalt, kui implantaadile või EEG-le manustades ei anna keegi teine ​​võtit. Siiski pole liiga vara hakata arutama edasiste arengute eetilisi mõjusid, näiteks võime implanteerida mõtteid teistesse inimestesse või kontrollida nende käitumist (näiteks vangid), kasutades selleks ette nähtud seadmeid. "See tehnoloogia ületab praegu eetilisi diskursusi, " ütleb Emory Trimper. "Ja seal muutub asi tuhmiks." Arvestage, et suur osa nende eksperimentide aju liiklusest ja kindlasti midagi sellist, nagu Nicolelis'e nägemus sadadest või tuhandetest ajudest koos töötamine - hõlmab Interneti kaudu suhtlemist. Kui tunnete muret selle pärast, et keegi teie krediitkaarditeavet häkkib, siis kuidas tunneksite meelsuse sisu pilve saatmist? Kuid on veel üks lugu, mille kaudu uuritakse aju-aju suhtlust. Princetoni neuroteadlane Uri Hasson kasutab funktsionaalse magnetresonantstomograafia abil uurimist, kuidas üks aju mõjutab teist, kuidas nad on ühendatud näpunäidete ja tagasisideahelate keeruka tantsuga. Ta keskendub kommunikatsioonitehnikale, mida ta peab palju paremaks võrreldes transkraniaalse magnetilise stimulatsiooniga kasutatavate EEG-dega, on mitteinvasiivne ja ohutu ning ei vaja Interneti-ühendust. See on muidugi keel.