Полная версия
Нейротехнологии для совершенствования творчества. Проект MEART – «Полуживой художник» – является совместной разработкой исследовательской группы SymbioticA (Гай Бен-Ари, Фил Гамблен, Иэйн Свитман, Орон Кэттс, Йонат Цурр, д-р Стюарт Бант) Школы анатомии и биологии Университета Западной Австралии (Перт, Австралия) и группы Стива Поттера (Steve Potter) (д-р Стив Поттер, Дуглас Баккум, Том Демарш, Радхика Мадхаван, Питер Пассаро) Лаборатории нейроинженерии Технологического института (Laboratory for NeuroEngineering Georgia Institute of Technology) Джорджии (Атланта, США). Само название MEART образовано из слов MEA (Multi-Electrode Array – мультиэлектродный массив) и Art (искусство). Столь же механистичной, как и словообразование, является инженерная реализация эстетического манифеста создателей биоробота. Электродная сеть соединяет крысиные нейроны с компьютером, который, с одной стороны, преобразует электрическую активность нервных клеток в двигательные инструкции роботу и, с другой, производит раздражающие электрические воздействия на нервные клетки. Компьютер, в свою очередь, уже через электронную сеть и в режиме реального времени сносится по интернет-протоколу TCP/IP с расположенной на другом краю Земли, в далеком г. Перт, Лабораторией совместных исследований искусства и науки (The Art & Science Collaborative Research Lab) Университета Западной Австралии (University of Western Australia). Именно здесь, на Австралийском континенте, потоки сознания крысиных нейронов изливаются на бумагу, претворяясь в художественные образы. Компьютерные команды находят наконец своего адресата – робота-руку, при помощи 3 цветных фломастеров запечатлевающего видения изолированного фрагмента крысиного разума.
Премьерный показ проекта состоялся в рамках международного фестиваля Ars Electronica (Линц, 2000) и широко освещался мировой художественной прессой. В дальнейшем MEART был представлен на различных выставках и фестивалях современного искусства, в т. ч. Biofeel (BEAP, PICA, Перт, 2002), ArtBots (Eyebeam Gallery, Нью-Йорк, 2003), Challenges for a Ubiquitous Identity (Ciber@RT, Бильбао, 2004), Australian Culture Now (ACMI, Мельбурн, 2004), Art Digita – 2004 (1st MBCA, M’ARS Gallery, Москва, 2005), Artrage Festival (Black Box Gallery, Перт, 2005), Strange Attractors: Charm between art and science (The Zendai Museum of Modern Art, Шанхай, 2006) и т. д.
Исследовательская группа SymbioticA Школы анатомии и биологии Университета Западной Австралии была образована в 2000 г. Группа SymbioticA – это уникальная научно-художественная лаборатория, которая занимается исследованием художественных перспектив научного знания вообще и биологических технологий в частности. В состав группы входят ученые, художники, исследователи и теоретики современного искусства. Исследовательская группа под руководством д-ра Стива Поттера (Stive Potter) была образована в 1999 г. в Лос-Анджелесе. В настоящий момент функционирует в рамках Лаборатории нейроинженерии Технологического института Джорджии (Атланта, США). С 1993 г. Стив Поттер работает над созданием новых видов материально-технического обеспечения для информационно-управляющих и исполнительных систем. За это время в его лаборатории был сконструирован ряд роботов, для управления которыми использовались нейронные массивы, выращенные на электронных подложках.
Нейротехнологии по созданию новых функций головного мозга. В 2013 г. ученые из Герцогского центра нейроинженерии успешно добавили лабораторным крысам новую возможность осязания. Благодаря черепно-мозговому имплантату животные получили возможности, которых у них не было от природы. Ученые добавили крысам возможность обнаружения инфракрасного света, который их глаз неспособен улавливать. Инфракрасный детектор был напрямую подключен к части мозга, которая отвечает за осязание. Сначала крыс приучали для того, чтобы получить воду в поилку, нажимать на светящуюся кнопку. После того как крысы уже знали, что воду дает только кнопка, которая светится, обычные светодиоды заменили инфракрасными и крысы смогли «видеть» уже и инфракрасное свечение и безошибочно его определяли. Ученые надеются, что в будущем можно будет восстанавливать способности человека к осязанию, если они были утрачены вследствие травмы или врожденной инвалидности (mir24.net).
Сегодня новую функцию мозга и периферических нервов можно создать путем комбинации хирургических методов и технологий нейроинтерфейса. Мы об этих технологиях уже говорили в разделе нейроинтерфейсов. Но здесь мы попытаемся поговорить о них именно с позиций создания новой функции мозга. Например, американцу, потерявшему обе руки в результате несчастного случая, удалось вживить высокотехнологичный протез. Новейшие искусственные руки, насыщенные электроникой, управляются силой мысли бывшего электромонтера Джесси Салливана (Jesse Sullivan). За 2 года до вживления импланта Джесси потерял обе руки в результате случайного прикосновения к оголенным проводам высоковольтной линии во время ее ремонта. Обе руки обуглились до самых плечевых суставов. Как и многим инвалидам в США, Джесси был вживлен обыкновенный электромеханический протез, позволявший двигать рукой с помощью нажатия кнопок остатками мышц. Однако через некоторое время специалисты Чикагского реабилитационного института предложили ему испробовать новейшую биомеханическую руку, которая сразу «поместила» обыкновенного электромонтера «на передний край современных биотехнологий» (цит.).
Для того чтобы снабдить Салливана новой рукой, хирурги пересадили часть оставшихся нормальных нервных окончаний с плечевого сустава на поверхность грудной мышцы. Потребовалось около 6 мес., чтобы эти нервы прижились на поверхности мышцы. В результате электроды, вживленные на поверхность мышцы, стали способны воспринимать генерируемые нервами сигналы, которые посылаются отсутствующей руке, и транслировать их в механические протезы, контролирующие передвижение искусственной руки. Как заявил лечащий врач Салливана, это первый случай, когда пересаженные нервные окончания используются для управления искусственной конечностью. Теперь когда Салливан думает о том, что он сгибает свою руку, мозг генерирует импульсы, которые должны управлять мышцами руки, и передает их по нервам. Электроды по тончайшим вживленным проводам передают эти импульсы управляющему блоку, контролирующему движения протеза. «Это хирургия уровня 1920-х годов, но используемая вместе с технологиями XXI века», – говорит один из лечащих врачей Салливана доктор Тодд Куикен (Dr. Todd Kuiken), практикующий в Чикагском реабилитационном центре. Некоторые исследователи ранее вживляли электроды непосредственно в головной мозг человека, на поверхность скальпа, а некоторые даже экспериментировали с детекторами нервной активности вне тела, однако новая технология пока неэффективна.
Нейротехнологии создания новых функций головного мозга очень тесно переплетаются с новыми трансгуманистическими идеями «перешивки», или перестройки, психики. Вопросы перестройки, или перепрограммирования, психики – самое психологически проблемное направление трансгуманизма. Гораздо более проблемное, чем усиление существующего интеллекта, наращивание мускулов или иммортализм (бессмертие). Потому что в большинстве случаев существующие нейротехнологии исполняют уже готовые желания, а здесь технология заставляет сначала разбираться в своих желаниях и их основах. При этом реальный, не лубочный прогресс, с учетом трансгуманизма и вмешательства в психику, напоминает комнату в кинофильме «Пикник на обочине» режиссера Андрея Тарковского. Люди думают, что она просто выполняет озвученные желания: стать богатым, известным, сильным, умным, полететь к звездам, омолодиться. А на самом деле она выполняет неозвученные, более сокровенные и фундаментальные желания, о которых сам человек может и не знать. Например, «счастья для всех и даром».
Отличие заключается только в том, что комната выявляла сокровенное желание человека сразу, а нейроинженерия будет делать это постепенно, и не для отдельного человека, а для всего человечества – в ходе практики использования людьми новых средств. Поначалу будет казаться, что нейроинженерия выполняет обычные сиюминутные озвученные желания. Но попробовал так – не нравится, попробовал сяк – не нравится, и постепенно стал нащупывать самое настоящее и самое важное. Единое для всех. Можно даже сказать, что прогресс нейроинженерии – это комната Стругацких с дополнительно предусмотренным правом на ошибку. Но все равно итог один: если комната начнет работать, сокровенное фундаментальное желание со временем будет выполнено. И в значительную часть наших современников, особенно интеллигенции, это вселяет ужас. Мощнейший страх человечества перед самим собой. Кстати, киногерои А. Тарковского побоялись комнаты, а герой братьев Стругацких – нет.
Другой, не менее фантастической задумкой американских ученых явилось желание создать между двумя разными людьми единую область сознания и как бы дополнять сознание одного человека сознанием другого. Американские ученые – специалисты из Университета Вашингтона – впервые в истории заставили сознания двух разных людей работать как единое целое (Rhao, Stakko, 2013). В ходе эксперимента Раджеш Рао, университетский профессор информатики, мысленно управлял действиями Андреа Стакко, научного сотрудника факультета психологии. На Рао при этом была надета специальная ЭЭГ-шапка, используемая для считывания электрической активности мозга ученого.
Деятельность области мозга, которая контролирует движение рук Стакко, стимулировалась посредством транскраниальной магнитной катушки. Данный интерфейс позволял перевести сигнал одного мозга в сигнал другого. В итоге Рао представлял, как шевелит рукой, тогда как движения выполнялись руками Стакко. Стоит напомнить, что несколько ранее ученым этого же университета удалось доказать на примере грызунов, что биологические существа способны считывать на расстоянии мысли друг друга.
Рис. 23. Шлем на основе ЭЭГ для «чтения мыслей»
В 2012 г. другие американские нейрофизиологи сообщили, что им удалось достичь определенного успеха в чтении и передаче мыслей (рис. 23). Так, ученым удалось декодировать поток мыслей в текст. Так, слова, которые человек хочет произнести, теперь можно прочесть на дисплее компьютера. Специалисты Калифорнийского университета «подслушивают» внутренний монолог подопытного при помощи специального устройства, преобразующего мозговые волны в звук и текст. Для того чтобы распознать мысли, ученые подключили к мозговым центрам подопытного, отвечающим за слух, множество специальных электродов, после чего стало возможным услышать, что человек произносит про себя. Разумеется, сигнал был обработан. Как известно, профессиональные музыканты, глядя на видеозапись игры пианиста с выключенным звуком, все равно слышат мелодию в голове. Именно этот факт и лег в основу проведенного американскими учеными исследования.
Нейротехнологии для лечения нервных болезней и психических расстройств у человека. Иллюстрацией создания этого направления нейротехнологий может быть интеграция разных научных школ нейроинженерии для целей практической медицины вообще и неврологии в частности. В 2011 г. Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL) и Высшая школа медицины Гарвардского университета Harvard Medical School (HMS) обнародовали совместную программу исследований (EPFL et Harvard Medical School dévoilent le programme collectif de recherches en neuroingénierie). В марте 2011 г. исследователи EPFL и Гарвардской медицинской школы собрались в Лозанне для обсуждения совместных научных проектов. Федеральная политехническая школа Лозанны и Высшая школа медицины Гарвардского университета Harvard Medical School объединили компетенции в сферах нейронаук и инженерного дела для разработок новейших методов лечения неврологических патологий, таких как параплегия и глухота.
Уже в ноябре 2011 г. участники этого проекта сообщили об эпохальном соглашении между Федеральной политехнической школой Лозанны (EPFL) и медицинским институтом Гарвардского университета – Harvard Medical School (HMS). Благодаря поддержке Фонда Бертарелли (de la Fondation Bertarelli), вложившего в проект 3,6 млн долл., 2 сильнейших университета мира смогли объединить свои усилия в изучении и разработке методов лечения сложных неврологических патологий. Швейцарская и американская высшие школы обнародовали программу совместных исследований: 6 научных проектов, которым суждено было стать премьерой в нейроинженерии и, вполне вероятно, совершить революцию в лечении неврологических заболеваний. Основываясь на последних достижениях генотерапии, оптической томографии и систем взаимодействия между человеком и компьютером, исследователи EPFL и Гарвардской медицинской школы решили попробовать найти новые клинические методы лечения патологий спинного мозга и слухового аппарата.
Пять из 6 научных проектов, включенных в программу Бертарелли по нейроинженерии, были направлены на разработку новых методов диагностики и терапии широкой гаммы заболеваний слуха, в первую очередь глухоты, вызванной генетическими отклонениями или внешними факторами. Шестой проект основывался на новейших достижениях EPFL в области стимуляции спинного мозга, и благодаря сотрудничеству с Гарвардом он должен быть выйти на следующий этап: конечная цель – разработать электронные механизмы, позволяющие восстанавливать нарушенные нервные соединения в спинном мозге.
Почему столь сложную задачу для объединения научных усилий поставили перед собой 2 самые передовые университетские медицинские школы мира? Главная проблема диагностики патологий слухового аппарата заключается в том, что врач не может рассмотреть вблизи ткани и клетки внутреннего уха. В последние годы введение микроэндоскопов немного облегчило задачу, но необходимость использования флуоресцентных маркеров по-прежнему затрудняет диагностику для человека. В то же время инженеры и физики EPFL уже давно разработали метод оптической визуализации без применения красящих веществ. Проф. Федеральной политехнической школы Лозанны, специалист по оптофлюидным системам Деметри Псалтис активно сотрудничает с гарвардскими врачами-отиатрами в целях разработки совершенно новой методики визуализации для внутреннего уха. Исследователи попытались оптимизировать инновационные методы диагностики, позволяющие насквозь просматривать ткани благодаря световым волнам. Конечно, тех великих целей, которые перед собой ставил проект, исследователи не добились, но сама попытка решения столь сложной задачи достойна уважения. Локальные цели, достигнутые в проекте, имеют большое практическое значение для современной медицины.
Другой проект этих межуниверситетских взаимодействий был создан для осуществления генотерапии для борьбы с врожденной глухотой. Генотерапия – относительно молодая область исследований, объединяющая принципы генной инженерии, биотехнологий и медицины для внесения изменений в генетический аппарат человека в целях лечения сложнейших заболеваний. Сегодня 1 ребенок из тысячи рождается с нарушениями слуха, часто вызванными генетическими патологиями. Метод генотерапии основывается на введении генетически модифицированных вирусов, транспортирующих «корректирующие» гены к клеткам с мутированными генами, вызвавшими заболевание. Первые неудачи подобных опытов охладили пыл специалистов, но недавние исследования возродили надежду, что генетические заболевания слухового аппарата можно излечивать генотерапией.
Основная проблема: на данный момент ученым известно не так много вирусов, способных проникнуть в чувствительные клетки слухового аппарата. Проф. Джеффри Холт из Гарвардского университета, специалист по физиологии слуховых клеток с мировым именем и врач детского госпиталя в Бостоне, совместно с экспертом Федеральной политехнической школы Лозанны в области генотерапии исследовал новые вирусы, способные транспортировать гены к пораженным тканям слухового аппарата. Опыты на лабораторных мышах привели исследователей к разработке метода, применимого для лечения врожденной глухоты у человека.
Еще один проект EPFL и медицинского института Гарвардского университета Harvard Medical School (HMS) был направлен на решение проблемы лечения глухоты путем управления регенерацией клеток и нейронов. Потеря слуха у пожилых людей в большинстве случаев вызвана отмиранием чувствительных слуховых клеток и нейронов во внутреннем ухе. Последнее может быть вызвано шумом, инфекциями и даже некоторыми лекарствами и сопровождается ощущением постоянного гудения в ушах. Слуховые клетки, к сожалению, не восстанавливаются так, как способны делать это клетки кожи, или крови, или, например, обонятельной выстилки носа. Первый этап на пути к лечению такого типа глухоты – найти способы регенерации слуховых клеток и нейронов внутреннего уха. Недавно исследователям Гарвардской медицинской школы удалось изолировать клетки внутреннего уха в процессе развития и генетически увеличить скорость их размножения.
Отныне задача заключается в том, чтобы трансформировать эти клетки в слуховые и нервные. Эксперт с мировым именем по развитию внутреннего уха, проф. Гарварда Лиза Гудрих работает вместе со специалистом EPFL по биоинженерии Матиасом Лутольфом над исследованием молекулярных изменений в размножающихся клетках внутреннего уха. С помощью компьютерной программы, позволяющей одновременно тестировать тысячи молекулярных комбинаций, ученые пытаются идентифицировать факторы, способные превратить размножающиеся клетки в слуховые и нервные. Если им удастся найти ключ к загадке природы, лечение приобретенной глухоты медикаментами может стать реальностью.
Другой проект EPFL и медицинского института Гарвардского университета Harvard Medical School (HMS) был направлен на решение проблемы разработки и создания лекарства против глухоты. Впрочем, с того момента, как ученые научатся регенерировать слуховые клетки в лаборатории, им предстоит немалый путь, прежде чем новую терапию можно будет применить для лечения пациентов. Сначала необходимо разработать новые лекарства для внутреннего уха и найти правильные химические компоненты, действующие целенаправленно и постепенно, в течение нескольких месяцев, не принося вреда чувствительным органам слуха. Поиском такого рода препаратов занимается отдельная группа исследователей, возглавляемая специалистом по регенерации слуховых клеток Гарвардской медицинской школы и биоинженером EPFL. Совместно они определяют, какие вещества и технологии применимы к внутреннему уху и способствуют восстановлению клеток. Зафиксированные гидрогелями или другими революционными материалами, данные вещества после введения в ухо действовали бы на оставшиеся там клетки, стимулируя их размножение и превращение в слуховые.
Еще один проект EPFL и медицинского института Гарвардского университета Harvard Medical School (HMS) был направлен на создание нового поколения слуховых имплантатов. Современные имплантаты слухового ядра, улитки, основаны на механизме, позволяющем обойти повреждения внутреннего уха передачей звукового сигнала прямо к слуховому нерву. Такой нейропротез в последние десятилетия пользовался невероятным успехом: более 200 тыс. экземпляров было продано во всем мире. Однако значительная часть заболеваний слухового аппарата не поддается действию нейропротеза, поэтому растет потребность в протезе, действующем не на слуховой нерв, а непосредственно на ствол головного мозга.
Первые попытки разработать подобный протез дали противоречивые результаты по двум причинам: либо электрическая стимуляция не позволяла достигнуть необходимого уровня точности, либо имплантированные электроды оказались недостаточно гибкими для прилегания к нервной ткани. Специалисты HMS совместно с коллегами из EPFL изучают возможности оптической стимуляции улитки и ствола головного мозга, позволяющей достичь большей точности в передаче сигнала. Параллельно исследователи Федеральной политехнической школы Лозанны разработали комбинированный электронно-оптический метод стимуляции, облегчающий манипуляцию имплантатами при введении в ухо.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «ЛитРес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
