Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга - Дэвид Иглмен

Мы предоставляем ученым возможность ломать голову, как сконструировать качественную роботизированную руку, однако обучение манипулировать ею мы почти целиком отдаем на откуп мозгу пользователя. А поскольку мы воспитывались без привычки к металлическим конечностям, нам не удастся интуитивно двигать таящей большую силу механической железкой. Нашему мозгу еще надо научиться управлять новообретенной рукой, как это сделала Джен. Так что пускай инженеры делают свою половину работы, а над второй все равно придется потрудиться нейронным зарослям в мозге пользователя.

Не правда ли, способ, каким обезьяна выучилась использовать роботизированную руку независимо от своих «родных» конечностей, вызывает в памяти образ дока Ока и то, как он орудовал своими робоконечностями, даже когда настоящие руки занимались вполне прозаическими делами (скажем, разливали по мензуркам химикаты или управляли машиной при бегстве). Мозг обезьяны со временем выделил для роборуки часть кортикальной территории, отдельную от той, которая отвечает за работу естественных конечностей. Лабораторная обезьяна сумела разделить ресурсы и распределить их между конечностями разного типа — собственными из плоти и крови и искусственной металлической.

* * *

И у Джен, и у обезьян в экспериментах с маршмеллоу робоконечность подсоединялась не непосредственно к туловищу, а через пучок кабелей. Если бы нам удалось перейти на беспроводной формат, роборуке вовсе не обязательно было бы находиться в одном с нами помещении. Возможно ли управлять роботом, который обитает на другом краю планеты? Еще как возможно! Более того, такое уже известно.

Несколько лет назад в Университете Дьюка нейробиолог Мигель Николелис с группой коллег имплантировали электроды в мозг макаки-резуса (это опять был самец), которая в реальном времени руководила походкой робота, находившегося в другой части света. Обезьяна ходила по беговому тренажеру, а сигналы с ее моторной коры записывались, кодировались в двоичный код и передавались через интернет-лаборатории в Японии, где их транслировали роботу. И полутораметровый робот весом 90 кг перемещался по лаборатории, в точности повторяя манеру ходьбы макаки, словно был ее металлическим двойником.

Как исследователи добились этого? Демонстрации предшествовали обучение макаки ходьбе на тренажере и интенсивные тренировки. Ученые записывали сигналы с датчиков, помещенных на лапы обезьяны, чтобы определить, как работают при ходьбе ее мышцы, а также фиксировали сигналы сотен нейронных клеток, чтобы понять, как их активность преобразуется в конкретные мышечные сокращения. Затем изменяли скорость ленты на тренажере и определяли корреляцию мозговой активности обезьяны с темпом ее ходьбы и длиной цикла шага.

Хотя ни один отдельный нейрон не мог дать исследователям полной информации, ученые заключили, что между нейронами в разных областях мозга существуют определенные временные взаимосвязи, и это позволило начать расшифровку закодированного в мозговых импульсах сложного взаимодействия групп мышц, заложенного в основе обманчиво сложного акта ходьбы17.

После основательной подготовительной работы ученые смогли приступить непосредственно к эксперименту: они записывали нейронные сигналы в мозге находившейся в Северной Каролине макаки и в реальном времени транслировали зашифрованные моторные команды располагающемуся в Киото роботу. За исключением незначительных задержек в обработке и трансляции сигналов, обезьяна и ее металлическая копия шагали вполне синхронно.

Когда сам принцип был наглядно продемонстрирован, исследователи в Дьюке выключили тренажер. Но обезьяна все еще видела своего аватара на экране и думала о ходьбе. А тем временем робот в Киото продолжал расхаживать по лаборатории, поскольку сигналы моторной коры макаки по-прежнему транслировались ему. Точно так же Джен мысленно представляла движения, а роборука выполняла их.

Представляется, что в не очень отдаленном будущем мы почти неизбежно получим управляемых силой мысли роботов на производстве, в подводной среде, а может, и на поверхности Луны и будем управлять ими, не покидая уютных насиженных диванов18. После основательных тренировок наши кортикальные карты включат в свой состав приводы и детекторы роботов, которые станут нашими телеконечностями и телесенсорами.

В ходе эволюции наши тела развивались на богатой кислородом поверхности Земли. Но использование пластичности мозга для построения тел на больших расстояниях внесет свои поправки в нашу главную стратегию освоения космического пространства.

Мое подчиняется мне

Какими последствиями обернется расширение вашего тела — например за счет роборуки или стального аватара на другом конце города — для опыта вашего сознания? Ответ таков: вы будете воспринимать робота как часть себя. Искусственная рука станет для вас еще одной конечностью. Безусловно, необычной ввиду разделяющего вас физического расстояния, но, вопреки отдаленности, она все равно вправе считаться вашей. Единственная причина, по которой нам так привычны присоединенные к телу руки-ноги, в том, что Мать-природа — великая мастерица сшивать живые ткани, к примеру мышцы, сухожилия и нервные волокна, но никогда не пробовала сотворить дистанционное управление конечностями через Bluetooth19.

Если дополнительные конечности или телеконечности кажутся вам экзотикой, спешу напомнить, что мы сталкиваемся с ними, можно сказать, каждый день. Посмотрите в зеркало и подвигайте рукой. Вы увидите ее как объект, расположенный на некотором отдалении от вас, который с отменной синхронностью двигается, подчиняясь командам вашей моторной коры. Хотя зеркальное отражение поначалу немного сбивает маленьких детей с толку, они вскоре начинают воспринимать его как самих себя. Ребенок не может напрямую испытывать сенсорные ощущения от своих отраженных в зеркале рук и ног, однако видит, что управляет ими. И этого достаточно, чтобы «я» ребенка присвоило себе их зеркальное отражение.

Аналогичное представление о себе имеют представители расы борг из «Звездного пути». Они ассимилируют собственную уникальную идентичность всех встреченных — за исключением тех, кто не поддается контролю, как возмутительно непредсказуемый капитан Пикар.

Взаимосвязь между осознанием себя и предсказуемостью позволяет раскрыть суть такого расстройства, как соматоагнозия, что переводится как «незнание собственного тела». При соматоагнозии из-за повреждения правой теменной (париетальной) доли мозга (скажем, из-за инсульта или опухоли) пациент больше не может управлять конечностью. В результате человек упорно отрицает, что это его конечность, а иногда и вовсе настаивает, что она принадлежит кому-то другому20. Он может приписать ее умершему другу, родственнику, призраку, дьяволу или кому-то из ухаживающего за ним медперсонала. А «родная» конечность, по уверениям пациента, украдена или ее вообще никогда не было. В одной из разновидностей заболевания пациент воспринимает ее как животное — например змею, — наделенное собственной жизненной силой и собственной волей.

Проявления этого расстройства бывают разнообразными и довольно странными: пациент может быть равнодушен к «уже не своей» конечности или, наоборот, с маниакальным упорством постоянно говорить о ней и придумывать нелепые объяснения ее происхождения («Мне ее пришил кто-то неизвестный»). Другие пациенты выказывают отвращение к конечности («Моя нога лежит мертвым грузом»). В более тяжелых проявлениях заболевания пациент проникается к отчужденной конечности ненавистью, всячески поносит ее и норовит нанести ей травму21.