Нейрофизиологи из Университета Дьюка во главе с Мигелем Николесисом объединили мозг 4 взрослых крыс, причем получившийся «брейнет» (мозговая сеть) решал такие задачи, как обработка изображений, хранение и поиск информации и даже предсказание погоды. Был получен так называемый органический компьютер, производительность которого была выше, чем суммарная производительность каждого отдельно взятого мозга.
Ученые вживили каждой крысе две группы электродов в разные полушария мозга. Первая группа стимулировала мозг крыс, а вторая - считывала и фиксировала нервную активность в соматосенсорной коре и направляла ее в центральный компьютер. Мозг каждой крысы был соединен напрямую к компьютеру, а также скоммутирован с мозгами других грызунов в группе.
Компьютер считывал одновременную активность совокупности нейронов у всех четырех крыс. Он анализировал ее в реальном времени и передавал ее обратно через микростимуляцию участков мозга. Получившийся "живой терминал" сумел решить классические вычислительные задачи, такие как дискретная классификация или обработка фото.
Для того, чтобы предсказать погоду, ученые использовали сеть только из трех крыс. Первая получала два вида стимулов: первый при потеплении в течении 10 часов, второй - при похолодании. Двум другим крысам направляли данные об атмосферном давлении: третий стимул - при его повышении, четвертый - при понижении. Совместная оценка комбинаций стимулов позволила оценить вероятность осадков. В том случае, если крысы просчитывали данные о стимулах согласованно, точность прогнозов в 1,5 раза превосходила таковую у одной крысы.
2015
* * *
Американские учёные объединили мозг обезьян и крыс в «локальную сеть»
Американским ученым впервые удалось соединить мозг нескольких обезьян и крыс в единую компьютерную систему. Эта система вполне может выполнять задачи, а также решает сложные проблемы.
По мнению исследователей, если таким же образом объединить в цепочку мозг нескольких людей, тогда станет возможным передавать мысли на огромные расстояния без помощи слов. Об этом вышла статья в журнале Scientific Reports.
По словам представителя исследовательской группы Мигеля Николелиса из университета Дьюка в Дареме (США), это изобретение найдет свое место в медицинской практике уже очень скоро.
«Это первая демонстрация работоспособного интерфейса мозг-компьютер с опцией «совместного подключения, который, как мы надеемся, будет развиваться, как и его обычные предшественники, двигаясь от опытов на животных к клиническим испытаниям», — цитирует РИА Новости Николелиса.
Ранее сообщалось, что в алкоголизме человека виноваты обезьяны.
Между тем, в нашей стране полицейские заподозрили нижегородскую обезьяну в воровстве.
Справка:
Мигель Анжело Лапорта Николелис — бразильский учёный, известный, прежде всего, работами по «прочтению мыслей обезьяны». Он и его коллеги имплантировали электроды в мозг обезьяны и таким образом смогли зарегистрировать моторную активность, которая была использована для управления механической рукой. Таким образом, механическая рука двигалась под воздействием мысли обезьяны, а снятое учёными видео впоследствии попало в массовую культуру.
10 июля 2015
Один мозг хорошо, а три – лучше
Здесь стоит напомнить, что лаборатория Мигеля Николелиса давно занимается тем, что можно назвать созданием нейрокомпьютерного интерфейса – иными словами, он и его сотрудники пытаются наладить связь между мозгом и электронным устройством. Такое электронное устройство, в свою очередь, может принадлежать искусственной конечности, или, например, передавать сигналы в другой мозг. За последние годы исследователям удалось добиться воистину впечатляющих результатов. Вот лишь некоторые из них: несколько лет назад Николелис и его группа сконструировали нейроимплантат, позволяющий обезьяне двигать механической рукой и, более того, получать от неё тактильные ощущения. Затем нейрокомпьютерный интерфейс научили справляться с двумя руками – эта задача оказалась сложнее, чем в случае «одноручного» устройства, потому что скоординированная работа конечностей подчиняется другим сигналам, нежели работа рук по отдельности. Эксперименты проводили на обезьянах, а сами руки были виртуальными, однако в данном случае задачей нейробиологов было не сконструировать саму руку (эту задачу можно назвать второстепенной), а расшифровать двигательные и координационные сигналы мозга и перекодировать их в язык, понятный компьютеру.
А если приёмником сигналов сделать не руку, а другой организм? Например, может ли крыса с помощью нейрокомпьютерного переводчика приказать другой крысе пошевелить лапой или хвостом? Такой эксперимент поставили, а его результаты были опубликованы в Scientific Reports в 2013 году: специальный имплантат, вживлённый в соматосенсорную кору, передавал сигналы между животными, одно из которых находилось в США, в лаборатории Университета Дьюка, а второе – в Бразилии.
Логично, что следующим этапом стало, грубо говоря, добавить мозгов, а заодно усложнить задачу: чтобы не один приказывал другому, а чтобы они вместе трудились над общей целью. Для этого трём макакам резуса сначала вживили в мозг устройство, позволяющее считывать активность нескольких сотен моторных нейронов (тех, которые управляют движениями). Независимо друг от друга все три обезьяны учились управлять трёхмерной моделью руки на экране монитора: нужно было только представить, то или иное движение, как виртуальная конечность начинала двигаться – считывающее устройство в мозге переводило язык нейронных импульсов в команды компьютеру. А затем всех трёх подключили к одной «руке», причём так, чтобы каждой досталось два из трёх измерений движения (то есть одна контролировала движение по осям X и Y, вторая – по Y и Z, третья – по X и Z), и чтобы вклад по каждой оси был равен 50%. То есть движение виртуальной руки, скажем, по вертикали контролировалось сразу двумя животными, но – на равных условиях.
Мозги не были соединены напрямую, никаких проводов от одного черепа другому не протягивали, обезьяны соединялись через общий нейрокомпьютерный «джойстик». Тем не менее, как пишут Николелис и его коллеги в свежей статье в Scientific Reports, активность мозга у приматов синхронизировалась между собой, так, чтобы побыстрее можно было достичь цели – дотронуться виртуальной конечностью до виртуального мяча. Им удавалось совершить желаемое даже тогда, когда одну из обезьян отвлекали. Иными словами, нейробиологам удалось доказать, что объединение нескольких центральных нервных систем на электронной платформе вполне осуществимо – элементы мозговой сети смогут «договориться» между собой ради общей цели, а сама сеть будет вполне устойчива к дефектам: например, если один из элементов по какой-то причине выпадет из процесса. Можно предположить, что устойчивость её будет расти вместе с масштабом: сеть, объединяющая десятки, сотни и тысячи узлов вряд ли даже почувствует отсутствие пары-тройки функциональных единиц.
Ну а если всё-таки напрямую соединить мозги? Такой опыт описан в ругой статье, вышедшей в Scientific Reports параллельно с предыдущей – правда, в этом случае экспериментировали не с приматами, а с крысами. Исследователи могли посылать с мозг животных импульсы и считывать активность, которую импульсы будили в мозговых нейронах всех подопытных. Сначала крысы просто должны были синхронизировать активность собственного мозга с тем, что они чувствовали в мозгах другого – их нейроны должны были начать работать сходным образом (хотя раздражающий импульс получала только одна из крыс). Затем задачу меняли: импульсы, которые транслировались в крысиный мозг, делалась чаще либо реже, что соответствовало изменениями в окружающем микроклимате – температура воздуха или давление повышались или понижались, как если бы скоро должен был начаться дождь, или, наоборот, должно было проясниться. От животных требовалось сопоставить полученную информацию о температуре и давлении и предсказать вероятность дождя.
Оказалось, что в одиночку крысы справлялись с задачей хуже, чем вместе. То есть если сведения о «климатических изменениях», закодированные в серии импульсов, распределялись между четырьмя мозгами, то крысы точнее угадывали, пойдёт ли в лаборатории дождь или нет. Очевидно, это происходило благодаря взаимно синхронизированной активности всех четырёх нервных систем – информация подвергалась более тщательному анализу.
Разумеется, новые результаты заставили вспомнить все возможные страхи, порождённые научно-(и не очень научно-)фантастическим произведениями на тему коллективного разума; одним из самых популярных стало сравнение нейрообъединённых обезьян и крыс с Коллективом Борг из «Звёздного Пути». Однако, по словам самого Мигеля Николелиса, он не верит в вот такое прямое объединение личностного опыта, эмоций, памяти, в возможность объединения и «переливания» личностей из одного мозга в другой. Как ни парадоксально, он вообще является одним из самых больших скептиков относительно идеи создания электронного мозга: по его мнению, в обозримом будущем сымитировать мозг нам не удастся. Мы сможем посылать сигналы прямо в мозг, сможем расширить воспринимающие способности мозг, сможем усовершенствовать электронно-нейронные интерфейсы, но воспроизвести нейронное в электронном вряд ли удастся. Проблема в том, что сложность мозга состоит не только и не столько в комбинации миллиардов клеток и триллионов межклеточных соединений, но и в особенностях взаимодействия между нейронами – их не всегда можно однозначно предсказать, а такое вероятностное устройство вряд ли возможно воплотить в кремнии.
Тем не менее, пусть объединение нервных систем остаётся низкоуровневым, потенциал такого «слияния мозгов» всё же весьма велик. Например, если перевести разговор в практическую, медицинскую плоскость, то скажем, объединение нейронных сигналов здорового человека и больного, перенесшего инсульт, может помочь быстро восстановить некоторые функции мозга, от двигательных до речевых.
14 июля 2015
Кирилл Стасевич, «Наука и жизнь»
* * *
Ученые впервые объединили мозг трех обезьян в «локальную сеть»
Нейрофизиологи создали революционный нейроинтерфейс, который позволил им объединить мозг трех макак-резусов и четырех крыс в своеобразную локальную сеть и заставить их вместе решать одну и ту же задачу, говорится в двух статьях, опубликованной в журнале Scientific Reports.
"Это первая демонстрация работоспособного интерфейса мозг-компьютер с опцией «совместного подключения, который, как мы надеемся, будет развиваться, как и его обычные предшественники, двигаясь от опытов на животных к клиническим испытаниям. Мы предвидим, что наше изобретение найдет свое место в медицинской практике уже очень скоро», — заявил Мигель Николелис (Miguel Nicolelis) из университета Дьюка в Дареме (США).
Николелис, один из главных пионеров в области нейропротезирования, уже несколько лет работает над созданием нейроинтерфейсов — набора микрочипов, особых электродов и компьютерных программ, позволяющих подключать к мозгу человека и животных кибер-конечности, искусственные глаза и даже те органы чувств, аналогов которых нет в природе — тепловизоры и рентгеновизоры.
В марте 2013 года Николелис и его коллеги совершили прорыв — они смогли объединить мозг двух крыс, живущих в тысячах километров друг от друга, в своеобразную «локальную сеть», или, как назвали эту конструкцию сами ученые, «органический компьютер», и научить их обмениваться информацией.
Сегодня его команда пошла дальше — нейрофизиологи из университета Дьюка разработали две новых модели «совместного» нейроинтерфейса, одна из которых позволила им объединить в единую сеть мозги двух или трех обезьян, а вторая — собрать «органический компьютер» из четырех крыс.
Работу первой системы они продемонстрировали, научив трех обезьян, объединенных в «локальную сеть», контролировать движение виртуальной руки на экране компьютера. Каждое животное отвечало за управление двумя из трех осей движения руки — X и Y, X и Z, Y и Z.
Обезьяны, благодаря «совместному» нейроинтерфейсу и семи сотням электродов, встроенных в их двигательную кору, могли обмениваться информацией о положении «руки» на экране их монитора и корректировать ее движение. Через некоторое время животные «синхронизировались» и научились управлять конечностью не хуже, чем это делала одна макака-резус.
Во втором эксперименте Николелис и его коллеги достигли еще более амбициозной цели — им удалось научить четверку крыс, объединенных в «биокомпьютер», предсказывать то, будет ли сегодня дождь или нет, а также решать ряд других относительно простых вычислительных задач.
По словам ученых, им удалось доказать их главную идею и мечту — объединение нервных систем сразу нескольких животных действительно позволяет им решать более сложные задачи, зачастую недоступные для ума одного существа. Это, в частности, проявлялось в том, что крысы точнее предсказывали наступление дождя и быстрее решали другие задачи.
Сейчас группа Николелиса, а также ряд нейрофизиологов из проекта Walk Again, работают над адаптацией данных «совместных» нейроинтерфейсов для работы с мозгом человека. Их создание позволит, как объясняют ученые, не только объединять человеческие умы в прямом смысле этого слова, но и обучать парализованных инвалидов пользоваться протезами ног и рук, и заново учиться ходить.
Сайт Светланы Анатольевны Коппел-Ковтун
Оставить комментарий