Su kiekviena technologijų pažanga žmonės vis vargina save klausimu, kada mūsų kuriamos technologijos sugebėjimais pralenks mus pačius. Tai viena iš priežasčių, kodėl ėmė sklandyti idėja, jog kompiuterį galėtume susieti su savo smegenimis ir taip įgyti pranašumą – padidinti protinius gebėjimus, išsaugoti atmintį ir įveikti tokias ligas kaip Alzheimeris.
Su kiekviena technologijų pažanga žmonės vis vargina save klausimu, kada mūsų kuriamos technologijos sugebėjimais pralenks mus pačius. Tai viena iš priežasčių, kodėl ėmė sklandyti idėja, jog kompiuterį galėtume susieti su savo smegenimis ir taip įgyti pranašumą – padidinti protinius gebėjimus, išsaugoti atmintį ir įveikti tokias ligas kaip Alzheimeris.
Asociatyvi „Pixabay“ nuotr.
Visa tai skamba kaip nerealūs pažadai, bet iš tikrųjų jie galėtų būti įgyvendinami. Tik ne visai taip, kaip daugelis norėtų. „Atrodo, kad smegenų ir kompiuterio sąsaja dar tik bus, bet iš tikrųjų pirmąją smegenų ir kompiuterio sąsają mes jau turime 60 metų“, – konferencijoje LOGIN kalbėjo neuromokslininkė dr. Urtė Neniškytė.
Pirmiausia pavyko atkurti klausą
1961-aisiais buvo implantuoti pirmieji implantai, siekiant atkurti klausos funkciją galvoje. U. Neniškytė priminė, kaip žmogus girdi garsus. Pirmiausia garso bangos ausies kanalu patenka į sraigę ir joje judina plaukelius. Sraigės ląstelės plaukelių judinimą paverčia elektriniu signalu, o šis keliauja į smegenis.
„Mūsų smegenys iš principo yra elektrinis organas. Dėl to santykinai lengvai galime įdiegti technologijas į smegenis, kurios yra pagrįstos elektriniais signalais“, – sakė neuromokslininkė.
Pasak jos, įgimto kurtumo atveju dažnai būna taip, kad nėra jungties, galinčios mechaninį signalą paversti elektriniu signalu. O be elektrinio signalo smegenys negali suvokti garso. Todėl tenka pasitelkti smegenų ir kompiuterio sąsają. Išorinis implantas gaudo aplinkos garsus ir juos transformuoja į tam tikrą elektrinį signalą.
„Šios technologijos vystėsi be galo greitai ir tie procesoriai, kuriuos turime dabar, yra visiškai nepalyginami su tais, kurie buvo 1961 metais. Iš tiesų šiuo metu vaikai, kuriems paprastai prietaisai implantuojami iki dvejų metų, su abiem implantais turėtų stereogarsą. Anksčiau gaudavo tik vieną implantą – orientacijai. Dabar jie atkuria savo kalbos, klausos funkcijas iki tokio lygio, kad iš esmės žmogus, nežinantis, kad jie neturėjo klausos, negalėtų to atpažinti“, – pasakojo U. Neniškytė.
Ji patikino, kad garso atpažinimas ir toliau tobulėja – atsiranda mašininis mokymasis (angl. machine learning), kuris labai svarbus smegenų ir kompiuterio sąsajai. Tai svarbu dėl to, kad sudėtingus, kompleksinius modelius būtų galima paversti tam tikrais elektriniais signalais, kuriuos reikia perduoti smegenims.
Procesoriaus apdorotas signalas perduodamas tiesiogiai į sraigėje esantį klausos nervą. Kitaip tariant, smegenų ir kompiuterio sąsaja leidžia apeiti poreikį mechaninį signalą paversti elektriniu. U. Neniškytės teigimu, tiksliau kalbant, ši funkcija iškeliama į išorę – mikrofoną ir su juo sujungtą kompiuterį.
„Lietuvoje šios operacijos taip pat yra daromos rutiniškai. Aš pati pažįstu vaiką, kuriam buvo įdėtas implantas, dabar jis šneka ir viską girdi. Fantastika, kaip technologijos iš esmės gali atkurti funkciją iki visiškai normalaus lygio“, – kalbėjo neuromokslininkė ir patikino esanti tikra, kad per ateinantį dešimtmetį pasitelkiant technologijas žmonėms pavyks atkurti daug daugiau funkcijų.
Giliau į smegenis brautis nedrįsta
Pasak U. Neniškytės, šiuo metu smegenyse galima atkurti tas funkcijas, kurios koduojamos paviršinėje smegenų struktūroje – smegenų žievėje. Paviršinėje todėl, kad mokslininkai ir medikai kol kas nenori atlikti invazinių smegenų operacijų, kadangi braunantis į gilesnes smegenų struktūras neišvengiamai teks pažeisti paviršines. Tokiu būdu gali atsirasti papildomų nesklandumų.
Smegenų žievėje yra dvi labai gerai ištyrinėtos sritys – sensorinis ir motorinis korteksai. Sensorinis korteksas (arba sensorinė žievė) atsakingas už visus mūsų jutimus, o motorinis korteksas atsakingas už visus judesius.
Neuromokslininkė atkreipė dėmesį, kad sensorikai ir motorikai atkurti, panaudojant smegenų ir kompiuterio sąsają, dedama labai daug pastangų ir būtent šioje srityje mokslas pasiekė didžiausią proveržį.
„Sensorikos atveju mes šnekame apie tai, kad išoriniai signalai – pasaulis, kurį mes suvokiame per lytėjimą, regą, klausą, galbūt ir skonį, – yra paverčiami elektriniais. Turint smegenų ir kompiuterio sąsają, informacija keliauja iš kompiuterio į smegenis. Kita vertus, motorinės žievės atveju mes turime priešingą kryptį, kai iš smegenų surenkamas signalas, pranešantis, kokį judesį norime padaryti. Tas signalas perduodamas kompiuteriui, o kompiuteris yra tarsi tarpininkas tarp smegenų ir kūno, jeigu natūraliai biologija šį ryšį mums nutraukia“, – aiškino U. Neniškytė.
Nevaldė galūnių, tačiau galiausiai sugebėjo pats pavalgyti
Ji pateikė pavyzdį, kai vienas vyras, po patirtos traumos visiškai nevaldantis galūnių – nei rankų, nei kojų, – ilgą laiką gyveno priklausomas nuo kitų žmonių. Atsiradus galimybei smegenų ir kompiuterio sąsają pritaikyti atkuriant motorinius judesius, jis buvo pirmas žmogus, kuriam buvo atliekami tyrimai norint įsitikinti, ar tai įmanoma.
Jam į smegenis buvo implantuotos elektrodų gardelės, kurios surinkdavo informaciją, kokį judesį jis nori atlikti.
„Šiuo atveju gardelė buvo implantuota smegenų srityje, atsakingoje už dešinės rankos judesius. Kodėl dešinės? Buvo nuspręsta pabandyti atkurti jo gebėjimą pačiam valgyti, šiek tiek savimi pasirūpinti viena ranka. Aišku, jeigu mes žiūrime į ateitį, planai būtų implantuoti gardelę iš esmės visoje motorinėje žievėje, tokiu būdu atkuriant kiek galima daugiau, kuo įvairesnių funkcijų“, – kalbėjo U. Neniškytė.
Pasak mokslininkės, tik implantavus šias gardeles į smegenis ir sujungus su kompiuteriu, dar nebūtų įmanoma pradėti valdyti rankos. Iš pradžių reikia išmokyti kompiuterį, ką koks signalas reiškia.
Todėl iškart po to, kai elektrodų gardelė buvo implantuota į smegenis, teko dirbti su virtualiąja ranka. Žmogus kiekvieną dieną važiuodavo į kliniką, atsisėsdavo prieš kompiuterį ir savo smegenimis bandydavo valdyti virtualiąją ranką. Taip jis mokė kompiuterį, ką ir koks signalas jo smegenyse reiškia.
Po dviejų mėnesių treniruočių vyrui buvo implantuotas antras elektrodų gardelių rinkinys – šį kartą į ranką, kad kompiuteris galėtų valdyti rankos raumenis.
„Ir šis žmogus sėkmingai galėjo valgyti. Sakė, kad tai neįtikėtina: „Neįsivaizdavau, kad tai dar galėčiau patirti.“ Mums tai gali atrodyti labai nedidelis žingsnis, bet jam faktas, kad bent šitą kasdienybės dalį gali atlikti pats, buvo labai reikšmingas“, – tikino U. Neniškytė.
Galima susigrąžinti ne tik judesius, bet ir lytėjimą
Pranešėja atkreipė dėmesį, kad šios technologijos laukia dar ilgas kelias, nes kol kas smegenų ir kompiuterio sąsaja leidžia atlikti tik labai stambius judesius – nerti vąšeliu nepavyktų.
Kita problema yra grįžtamasis ryšys. Nevaldant motorikos pakankamai tiksliai, smegenys nežino, kaip sekasi atlikti tam tikrus judesius. Pavyzdžiui, nejaučiant, kad puodelis yra popierinis, galima jį per stipriai suspausti, o tuomet jame esantis skystis išsilies. Todėl reikia kurti sąsają ir su sensorine smegenų žieve.
Mokslininkai nusprendė atlikti tyrimus su žmonėmis, praradusiais galūnę, ir sugalvojo atkurti ranką. Ranka turėjo būti sensoriškai visavertė, suteikianti grįžtamąjį ryšį smegenims, kad žmogus galėtų ja dirbti taip pat, kaip ir savąja.
„Delne buvo sukurti skirtingi sensoriai: pirštų galų sensoriai, nes jais mes liečiame labai daug ir tai yra labai svarbi informacija; kontaktiniai sensoriai per visą delną, kai mes jaučiame, kokio dydžio ir kokio kietumo daiktą turime; taip pat sąnarių sensoriai, kuriais jaučiame formą – kiek turi susilenkti sąnariai“, – pasakojo mokslininkė.
Kokiu būdu mes galime prijungti tokio tipo įtaisą prie savo smegenų? Paprasčiausias atvejis – kai prarandamas tik galūnės galas ir visi sensoriniai bei motoriniai raumenys lieka vietoje. Tokiu atveju galima ranką tvirtinti prie periferinių nervų, kad signalas būtų perduodamas tiesiai į smegenis.
Praradus didesnę galūnės dalį, galima panaudoti kitus nervus ir apeiti pažeidimą. Jeigu yra pažeistas stuburas ir reikia tiesiogiai perduoti signalą, tuomet kompiuteris informaciją gali perduoti tiesiogiai į sensorinę žievę.
Kaip pasakojo U. Neniškytė, jeigu ranka nėra prarasta, o tik paralyžiuota, tuomet galima paprasčiausiai ant rankos užmauti pirštinę, o smegenų ir kompiuterio sąsaja leistų atkurti tiek motorinę, tiek sensorinę funkcijas. Kitaip tariant, žmogus galėtų ne tik vėl judinti ranką, bet ir jausti, ką liečia.
Elektrodai galėtų būti įsiuvami į smegenis
Anot neuromokslininkės, liūdniausia, kad visiems žmonėms, kuriems pavyksta atkurti dalį savo funkcijų, elektrodų implantai turi būti pašalinami vėliausiai po 6 metų.
„Kol kas mes neturime įtaisų, kuriuos būtų legalu žmogui palikti ilgiau. Praėjus 6 metams, deja, grįžtame ten, kur buvome. Siekiamybė šiuo metu yra sukurti technologiją, kuri galėtų likti smegenyse bent kelis dešimtmečius“, – teigė neuromokslininkė.
Naudojamos elektrodų gardelės yra kietos, o smegenys yra minkštasis audinys, panašus į virtą kiaušinį. Įsmeigus kietą elektrodą į smegenis, aplink jį ima formuotis randas. Jam formuojantis, blogėja elektrodų sąveika su neuronais, nes randas formuojasi ne iš neuroninių ląstelių, kalbėjo U. Neniškytė. Taip pat stebima elektrodų degradacija – organizmas atpažįsta svetimkūnį ir stengiasi su juo susidoroti.
Proveržį šioje srityje galėtų sukurti tokios kompanijos kaip „Neuralink“. Pasak neuromokslininkės, jie gali išplėtoti techninę smegenų implantų dalį taip, kad tai taptų prieinama visiems.
Pirmiausia „Neuralink“ sukūrė lanksčius elektrodus, atliko daug tyrimų, kad jų stangrumas taptų panašus į smegenų. Kitaip tariant, kad implantuotas elektrodas struktūriškai nepakeistų smegenų tankio, kad audinys išliktų integralus.
Kadangi tokio elektrodo nebeišeina įsmeigti į smegenis, nes jis yra tokio pat kietumo kaip smegenų medžiaga, reikia dar vienos technologijos. Taigi, jie sukūrė siuvimo mašiną, įsiuvančią elektrodus į smegenis.
„Smegenys linkusios apsisaugoti nuo bet kokios invazijos. Pragręžti kaukolę – dar ne viskas. Mūsų smegenys yra padengtos kietuoju dangalu, vadinamu dura. Žmogaus dura yra gana kieta, todėl siuvimo mašinos adata greitai atšiptų arba net nepereitų. Dėl to savo siuvimo mašinoje jie įdiegė du lazerius. Pirmas lazeris turi pradeginti skylutę duroje, kad adata galėtų įdiegti elektrodą.
Antras lazeris skirtas šalutiniam poveikiui sumažinti. Daug problemų, susijusių su elektrodų implantavimu į smegenis, atsiranda dėl to, kad yra pažeidžiami mažyčiai kraujo indai. Globaliai funkcijos turbūt nepaveiks, nes jie pažeidžia lokalias neuronų grupes, tačiau apskritai tai yra trūkumas, nes skatina smegenų uždegimą ir rando formavimąsi, elektrodų degradaciją. Reikia stengtis to išvengti. „Neuralink“ naudoja antrąjį lazerį, kuris apšviečia smegenis ir jose esančius kraujo indus. Jeigu ten yra kraujagyslė, elektrodas toje vietoje nebus implantuojamas, bus paslenkamas ten, kur nėra kraujo indų“, – kalbėjo U. Neniškytė.
Mokslininkė teigė, kad, remiantis praėjusių metų duomenimis, kompanijai atliekant tyrimus su graužikais nepavyko visiškai išvengti smegenų uždegimo, randas smegenyse vis tiek imdavo formuotis. Dėl to gali tekti keisti pačių elektrodų medžiagas į tokias, kurias organizmas priimtų kaip savas.
Minčių skaitymas ir smegenyse esantis „Google“?
Neuromokslininkė konferencijos metu tikino, kad smegenų ir kompiuterio sąsaja per dešimtmetį galėtų padėti atkurti ne tik galūnių atliekamus judesius, bet ir regos ar net kalbėjimo funkcijas. Žinoma, žmones žavi ne tik ši idėja – dar labiau visus masina pažadai, kuriuos dosniai dalijo „Neuralink“ įkūrėjas Elonas Muskas.
Pasak jo, smegenų ir kompiuterio sąsaja kada nors susies smegenis su internetu, žmonėms nebereikės nieko guglinti, nes bus galima tiesiogiai su „Google“ visko ieškoti smegenimis.
„Mums žada, kad kompensuos atminties praradimą, kad technologija galės skaityti mūsų mintis, kiek tai atitinka mūsų žinias apie smegenis ir tai, kiek technologijos dabar išsivysčiusios. Jeigu mes pasižiūrėsime į sensorinę ir motorinę žievę, sritis, kuri atsakinga už mūsų asmenybę, mintis ir kur, manoma, formuojasi visas mąstymo procesas, taip pat yra paviršinė. Tai yra prieškaktinė smegenų žievė. Iš principo, jei galvotume apie implantavimo technologijas, tai neatrodytų kaip iššūkis – tiesiog perkeliame į kitą sritį ir pradedame skaityti informaciją joje“, – kalbėjo U. Neniškytė.
Pasak jos, esama straipsnių, kuriuose teigiama, kad kažkam pavyko išmokyti smegenų ir kompiuterio sąsają suprasti, ką galvoja žmonės. Tačiau ji pabrėžė, kad vienu konkrečiu atveju kompiuteris tiesiog nuskaitydavo smegenų aktyvumą ir išsirinkdavo iš 20 ištreniruotų žodžių, kuris vienas žodis buvo pasirinktas.
Kaip atkreipė dėmesį mokslininkė, toks minčių skaitymas yra labai nutolęs nuo to, kaip mes jį įsivaizduojame.
„Mes iš principo nežinome, kurioje srityje formuojasi mintys. Žinome, kad prieškaktinė sritis susijusi su loginiu mąstymu, idėjų formavimusi, tačiau nežinome, kaip tiksliai tas minčių formavimasis galėtų atrodyti.
Technologijos tobulėja labai greitai, jos šiuo atveju aplenks fundamentines mūsų neuromokslų žinias. Ribojantis veiksnys šiuo metu yra tai, kiek mes suprantame, kaip smegenys veikia. Techninius aspektus mes galime išspręsti, inžinerija yra pasiekusi aukštumas visame pasaulyje, bet jeigu mes fundamentaliai nežinome, kas yra kurioje smegenų dalyje, mes nežinome prie ko prisijungti“, – pasakojo neuromokslininkė.
Nuo Alzheimerio neapsaugos, nes nežinome, kur yra mūsų prisiminimai
E. Muskas yra teigęs, kad jo sukurta smegenų ir kompiuterio sąsaja apsaugos žmones nuo vienos baisiausių neurodegeneracinių ligų – Alzheimerio. U. Neniškytė tuo abejoja.
„Alzheimerio ligos atveju mes prarandame jungtis tarp neuronų, kurie atsakingi ir už atmintį. Ar mes tikimės, kad smegenų kompiuterio technologija atkurs mūsų prisiminimus? Tokiu atveju mes visų pirma turėtume pasidaryti atsargines kopijas. Turėtume kas kažkiek laiko, kol dar manome esantys viso proto, pasidaryti atsargines kopijas, kurias vėliau kompiuteris galėtų indukuoti smegenyse. Bet mes nežinome, kaip tai padaryti“, – tvirtino neuromokslininkė.
Ji pabrėžė, kad žmonės nežino, kur būtų galima saugoti atsiminimų kopijas. U. Neniškytė taip pat priminė, kad Alzheimerio liga yra susijusi su hipokampu – nedidele smegenų dalimi, kuri tiesiogiai susijusi su atmintimi.
Ilgai buvo manoma, kad hipokampas yra sritis, kurioje koduojama atmintis. Tačiau atliekant smegenų operacijas netyčia paaiškėjo, jog stimuliuojant smegenų žievę galima sukelti prisiminimus, kurių žmogus net neprisimena turėjęs.
„Tai reiškia, kad hipokampas nesaugo mūsų prisiminimų. Mūsų prisiminimai yra kažkur žievėje, o hipokampas veikia kaip katalogas. Jis mums pasako, kur kokį prisiminimą padėjome. Atrodo, kad Alzheimerio pirmieji pažeidimai yra tokie: mes prisiminimą vis dar turime, bet nežinome, kur jį pasidėjome, ir nebegalime rasti“, – konferencijoje LOGIN kalbėjo neuromokslininkė U. Neniškytė.
Anot jos, smegenų ir kompiuterio sąsaja Alzheimerio ligos atveju turėtų atkurti ne tik prisiminimus, bet ir jų katalogą. Vis dėlto neuromokslai vystosi labai greitai, bet koks technologinis proveržis skatina ir šios srities spartų judėjimą į priekį.
„Daug kas, kas žadama dėl smegenų ir kompiuterio sąsajos, yra susiję su tuo, jog kai mes turėsime įtaisus, galėsime padaryti jus protingesnius, padaryti smegenis greitesnes, padidinti vidinį RAM. Bet šiuo metu net nėra diskutuojama, kad mes galėtume implantuoti ką nors žmogui, kurio smegenys yra sveikos. Na taip, gal jis norėtų 10 proc. didesnio IQ, galbūt norėtų geriau mokėti matematiką arba atsiminti daugiau istorinių faktų, tačiau tai nėra pakankama priežastis, nes tai labai invazinės technologijos ir mes jas taikome tik tuomet, kai pagrindžiamas naudos ir biologinių kaštų santykis.
Ar mes susijungsime su kompiuteriais? Atsakymas: mes tai jau padarėme. Klausimas – kaip greitai tos technologijos vystysis ir kiek daug naudos mes iš to galėsime išpešti per artimiausią dešimtmetį?“ – savo pranešimą užbaigė U. Neniškytė.
