Что такое компьютерно-мозговой интерфейс?

ОТВЕТ:

Компьютерно-мозговой интерфейс – это устройство, напрямую соединяющее какую-либо часть нервной системы с окружающим миром. Эти устройства очень холодны и противоестественны.

В принципе, компьютерно-мозговой интерфейс не имеет отношение ни к мозгу, ни к компьютеру, так что сам термин является весьма неудачным. Наверное, вы слышали, что этим словосочетанием называют машинно-мозговые интерфейсы или управляемые мозгом интерфейсы. Все дело в том, что ученые не любят использовать термины, придуманные неспециалистами. «Прямой нервный интерфейс» – более точное, хотя и менее употребительное наименование; нейропротез – это то же самое, но подразумевает некое медицинское устройство.

Оставим в покое терминологию и попробуем разобраться, что же все-таки делает это устройство? Вспомним, что наша нервная система связана с окружающим миром посредством остального тела. Мышцы сокращаются – либо целенаправленно, либо автоматически – подчиняясь командам центральной нервной системы, и только таким образом мы можем оказывать какое-то воздействие на окружающую среду. Мы, благодаря этому, можем подбирать с пола предметы, сгибать руки и ноги, указывать на интересующие нас предметы и перемещаться в пространстве. В той же мере наши органы чувств – глаза, уши, нос, кожа, язык – улавливают важные физические свойства внешнего мира (и внутренней среды тела) и преобразуют их в электрические сигналы, которые затем и обрабатываются нервной системой. Организм умеет отлично это делать, но это не единственное, что он может. У нас есть и другие способы воздействия на окружающую среду (например, с помощью роботов) и другие способы восприятия того, что происходит в окружающем мире (например, с помощью термометра). Если мы научимся получать информацию непосредственно с помощью нервной системы и производить действия только за счет команд нервной системы, то мы сможем обходиться без тела.

Вы можете недоуменно спросить: «Кому все это интересно?» Если ответ в стиле «но мы же это можем!» вас не убеждает, подумайте о медицинском аспекте этого вопроса. Наше тело великолепно, когда оно нормально работает, но, к несчастью, оно не всегда нормально работает. Тело может быть повреждено травмой или болезнью, а это ограничивает наши возможности взаимодействия с окружающим миром. Многим знаком пример людей, перенесших перелом позвоночника и разрыв спинного мозга. Такие люди страдают параличами и потерей чувствительности. Есть масса других заболеваний, включая инсульт, нейродегенеративные заболевания, травматические поражения головного мозга и ампутации. Такие ощущения, как зрение или слух, тоже могут страдать от многих причин, начиная с высокой лихорадки, рака, и заканчивая громкой музыкой.

В большинстве случаев компьютерно-мозговой интерфейс помогает в реабилитации больных, восстанавливая зрение или слух, позволяя прикованным к постели больным общаться с другими с помощью компьютера, управлять робототехническими конечностями или сохранять равновесие людям с патологическим головокружением. Некоторые из этих приспособлений не являются инвазивными, то есть для присоединения их к телу не надо выполнять хирургические операции – устройства крепятся к телу и легко снимаются для замены или отдыха. Есть, однако, устройства, которые присоединяются к имплантам, установленным в ходе хирургических операций. Объединяет все эти устройства то, что они, конечно же, не могут в полной мере заменить природные органы. Но и эти устройства способны на многие удивительные вещи, не говоря о том, что они постоянно совершенствуются. Нет ничего невероятного в предположении, что люди, возможно, захотят использовать такие устройства для усиления своих способностей. Как бы ни называть их, но компьютерно-мозговые интерфейсы, скорее всего, будут важной частью нашего будущего.

ВОПРОС:

Что такое стимуляция мозга?

ОТВЕТ:

Идея, лежащая в основе стимуляции мозга, заключается в насильственной активации некоторого набора нейронов с помощью приложенной извне энергии. Обычно стимуляцию мозга выполняют для того, чтобы получить вполне определенный ответ на стимуляцию в процессе изучения свойств головного мозга. Во многих случаях такой ответ является в каких-то отношениях желательным. В некоторых случаях стимуляция помогает восстановить чувствительность к свету, звукам или прикосновению; в других случаях стимуляция может прекратить тремор, вызванный каким-либо неврологическим заболеванием. В некоторых случаях искусственная стимуляция может подсказать исследователю, что данный участок мозга делает в реальной жизни. Например, если при стимуляции определенного участка мозга дернулась нога, то, скорее всего, этот участок мозга отвечает за движения нижней конечности.

Ответ на вопрос «почему?» оставляет незамеченным вопрос «как?». По традиции, на него отвечают: «Посредством электричества». Когда речь идет о стимуляции мозга, электричество показало свои полезные свойства. Во-первых, мы уже давно знакомы с электричеством. Мы знаем, как его производить и как направить ток туда, куда мы хотим его направить. Это и в самом деле очень полезно. Но еще важнее то, что мозг и сам использует электричество в качестве языка общения нейронов. Мы пока не умеем бегло говорить на этом языке, но кое-как общаться на нем уже научились. Отчетливость наших посланий зависит от того, где расположены электроды (на коже головы, на поверхности самого мозга или в его глубинных структурах) и от метода стимуляции. У применения тока могут быть побочные эффекты, включая ожоги тканей или механическое повреждение мозга. Таким образом, электрическая стимуляция мозга – это далекий от совершенства метод исследования, и не стоит заниматься ею в домашних условиях.

Конечно, существуют и другие способы стимуляции головного мозга. Самая простая форма – это механическая стимуляция. Возможно, в популярных представлениях этот способ стимуляции является основным, но, на самом деле, ни в клинической практике, ни в науке этот метод стимуляции в настоящее время не используется. В качестве распространенной формы стимуляции в настоящее время используют магнитную стимуляцию, которая, в сущности, очень близка электрической. Недавно в качестве неинвазивного стимулирующего агента стали использовать ультразвук. Слово «неинвазивный» говорит лишь о том, что ультразвуковая стимуляция не требует хирургического вмешательства, но ничего не говорит о безопасности метода. Мозг можно стимулировать светом, хотя многие нейроны совершенно к нему нечувствительны (что не удивительно, потому что в полости черепа царит непроглядный мрак), поэтому для того, чтобы сделать их чувствительными к свету, надо выполнить над ними кое-какие генетические манипуляции. Эта область стимуляции носит, поэтому, название «оптогенетики». С этической точки зрения в данной ситуации могут возникнуть сложности, и поэтому эта методика в настоящее время не используется при исследовании человеческого мозга.

В целом, стимуляция головного мозга – это полезный инструмент, но весьма сложный. Мы плохо знаем, как он работает и как он влияет на нервную систему в долгосрочной перспективе при длительном применении.

Глава 11
Медицина

ВОПРОС:

Что такое шизофрения?

ОТВЕТ:

Шизофрения – это потенциально опасное заболевание, проявляющееся психозом или утратой связи с реальностью. Часто шизофрению путают с диссоциативным расстройством идентичности, при котором в сознании человека уживается множество разных личностей (в народе такое состояние именуют раздвоением личности). К признакам шизофрении относят такие положительные симптомы, как галлюцинации (обычно слуховые), бредовые идеи и разорванное мышление, а также отрицательные симптомы – такие, как уход от общества, пренебрежение собой, утрата мотиваций и уплощение аффекта. В этом контексте термины положительный и отрицательный не являются оценочными ценностными категориями. Они указывают лишь на приобретение каких-то черт или на их утрату. Галлюцинации и бредовые идеи больных шизофренией редко несут какой-то положительный заряд или радостное содержание. Напротив, они, как правило, мрачные и устрашающие.

Симптомы шизофрении, как правило, появляются в молодости, и поначалу их трудно отличить от нормального подросткового поведения. Ослабить проявление симптомов можно антипсихотическими лекарствами, но излечить шизофрению пока невозможно. Большинству больных приходится бороться с болезнью до конца жизни. К несчастью, больные шизофренией не способны понимать, что их галлюцинации и бред не имеют никакого отношения к действительности. Следовательно, больного трудно убедить обратиться за медицинской помощью.

Биологические причины шизофрении до сих пор неясны, хотя есть данные, указывающие на то, что болезнь каким-то образом связана с нарушением секреции нейротрансмиттера допамина. В развитии шизофрении несомненную роль играет наследственность, но имеют значение и факторы окружающей среды. Близкие родственники больных шизофренией находятся под повышенным риском психических заболеваний (не только шизофренией). Однако даже однояйцевые близнецы больных шизофренией не всегда страдают ею. Мужчины болеют чаще, чем женщины, и болезнь у них протекает тяжелее. Прогноз для мужчин тоже хуже. Довольно часто в анамнезе у больных шизофренией присутствуют родовые травмы. Заболевание чаще встречается у мигрантов и жителей больших городов. Употребление наркотиков, особенно гашиша, и таких стимуляторов, как кокаин или амфетамины, может спровоцировать манифестацию шизофрении у предрасположенных людей. Все эти данные позволяют утверждать, что шизофрения – это результат сложного взаимодействия генетических и внешних факторов.

Интересно отметить, что существуют легкие формы течения шизофрении, когда у совершенно здоровых людей периодически возникают кратковременные психозы. Это привело ученых к мысли о том, что шизофрения – это болезнь, при которой нормальные процессы становятся избыточными. Другими словами, разница между нормальным состоянием психики и ее поражением при шизофрении определяется степенью интенсивности протекания психических процессов.

Библиография

Picchioni, M.M., and Murray, R.M., Schizophrenia, British Medical Journal, 335:91–95, 2007.

ВОПРОС: