Это, безусловно, продвижение по типу “у меня в арахисовом масле шоколад”, потому что оно сочетает в себе две новые технологии, которые потенциально могут стать значительным достижением. Я много лет писал об интерфейсе мозг-машина (или brain-computer interface, BCI). Я считаю, что важные доказательства правильности концепций уже созданы, и теперь все, что нам нужно, – это постоянный прогресс в технологии. Итак, вот одно из таких достижений.
Исследователи из Университета Карнеги-Меллона разработали компьютерный чип для BCI, называемый микроэлектродной решеткой (MEA), с использованием передовой технологии 3D-печати. MEA выглядит как обычный компьютерный чип, за исключением того, что он оснащен тонкими контактами, которые являются электродами, считывающими электрические сигналы с тканей мозга. MEA вводятся в мозг с помощью контактов, воткнутых в ткани мозга. Они достаточно тонкие, чтобы нанести минимальный ущерб. Затем MEA может считывать активность мозга в том месте, где он установлен, либо в диагностических целях, либо для управления компьютером, подключенным к чипу (да, вам нужен провод, выходящий из черепа). Вы также можете стимулировать мозг с помощью электродов. МЭА в основном используются для исследований на животных и людях. Как правило, они могут сохраняться в мозге около одного года.
Один из широко используемых МЭА называется Utah array, поскольку он был разработан в Университете штата Юта и запатентован в 1993 году. Таким образом, они используются уже несколько десятилетий. Насколько прогрессивен новый дизайн MEA? Есть несколько преимуществ, которые в основном связаны с тем, что эти MEA могут быть напечатаны с использованием передовой технологии 3D-печати, называемой аэрозольной струйной 3D-печатью. Это позволяет выполнять печать на наноуровне с использованием различных материалов, в том числе необходимых для изготовления печатных форм. Использование этой технологии дает три преимущества.
Во-первых, новые печатные формы можно быстро адаптировать. Это означает, что если исследователю нужен конкретный дизайн МЭА для конкретного эксперимента, с помощью этой технологии он может получить его в считанные дни. Вы также можете настроить МЭА для конкретного пациента, подобрав его с учетом анатомических особенностей. Во-вторых, эти МЭА могут быть трехмерными. Современные чипы, такие как Utah array, являются двумерными. Они в основном плоские, как обычный компьютерный чип. Но подход к 3D-печати позволяет использовать электродные штыри различной длины, причем более длинные штыри вводятся на большую глубину в мозговую ткань, что позволяет создать функционально трехмерную матрицу. В-третьих, наноразмерная печать обеспечивает большую плотность электродов, примерно на порядок превышающую существующие размеры.
Это отличный пример того, что я обсуждаю в своей новой книге, которая вышла на прошлой неделе – Путеводитель скептиков по будущему (который я сейчас бесстыдно публикую). Когда мы думаем о том, как будет развиваться какая-либо технология, мы также должны рассматривать это в контексте того, как другие технологии будут развиваться параллельно с ней. Распространенной ошибкой футурологов прошлого было то, что они рассматривали каждую технологию в значительной степени изолированно. Вы всегда должны думать – к тому времени, когда мы добьемся того прогресса, о котором я говорю, какие еще достижения будут достигнуты? Приведут ли эти другие потенциальные достижения к устареванию технологии, изменят ли природу проблемы, которую мы пытаемся решить, или, возможно, окажут синергетический эффект? Новый MEA, напечатанный на 3D–принтере, является примером потенциальной синергии между технологиями – достижения в области аддитивных технологий производства приводят к достижениям в технологии взаимодействия мозга и машины.
Поскольку эта базовая конструкция МЭА, представляющая собой электроды на кристалле, может быть установлена только на год, они в основном используются для исследований или диагностики. Однако они не являются постоянным методом лечения. Основная проблема заключается в том, что мозг слегка пульсирует при каждом ударе сердца, и это заставляет крошечные электроды немного смещаться относительно мозговой ткани. Это вызывает две основные проблемы. Это может изменить соотношение между МЭА и мозговой тканью. Это также приводит к образованию рубцовой ткани, которая в конечном итоге блокирует электрическую связь между мозгом и МЭА.
Для долговременного ИМК нам нужны гибкие МЭА. Это позволит электродной матрице пульсировать в такт с мозгом, предотвращая его перемещение и уменьшая рубцовую ткань. Теперь это сочетается с третьим типом новых технологий – flex-tech. Гибкая электроника уже широко используется, и мы потенциально можем печатать наши 3D-изображения из гибкого материала. Почти наверняка именно к этому в конечном итоге приведет технология BCI, особенно если мы хотим использовать ее для таких целей, как управление конечностями роботов.
Другие технологические достижения, необходимые для оптимального использования BCI, – это возможность запитывать электроды за счет энергии окружающей среды. Например, они могли бы подключаться к пульсирующему мозгу, чтобы генерировать небольшое количество электричества. И, наконец, нам нужно подключить эти устройства к внешней части черепа беспроводным способом. Если провода выходят из головы, это не идеальное и не постоянное решение. Это вызывает опасения по поводу возможности взлома MEA, поэтому безопасность должна быть абсолютно надежной. Гибкие беспроводные системы с автономным питанием могут обеспечить долгосрочный контроль за электронными устройствами и конечностями роботов. Умные ученые, вероятно, придумают и другие усовершенствования, но они необходимы.
Самое интересное – представить, к чему приведет эта технология в отдаленном будущем. В продолжении книги Артура Кларка “2001-3001: Последняя одиссея” установка “мозгового колпачка” является стандартной процедурой для каждого человека. По сути, верхняя часть вашего черепа удаляется и заменяется суперкомпьютером, который затем подключается к вашему мозгу с помощью миллионов микропроводов. Мозговая оболочка становится мощным третьим полушарием вашего мозга, предоставляя каждому человеку фантастически продвинутые возможности искусственного интеллекта. Мы также можем представить себе “матричные” сценарии, в которых достаточно плотный ИМК позволяет существовать в виртуальном мире, форме нейронной реальности. Эта технология также позволяет людям становиться киборгами, органическим компонентом которых является только их мозг.
Но задолго до того, как эти сценарии разыграются, мы, по крайней мере, сможем заменить утраченные конечности разумными роботизированными протезами или восстановить некоторые функции парализованных конечностей.
