Биоинженерия: можно ли загружать знания и навыки прямо в мозг человека

На каком этапе сейчас находятся технологии

В мозг можно помещать простейшую информацию извне, этому посвящена специальная область медицины — сенсорное протезирование. Протезы имплантируют в разные отделы нервной системы, чтобы человек смог ощутить то, что ему недоступно с помощью органов чувств (например, если он ослеп или потерял чувствительность конечностей).

Один из самых ярких примеров технологии — «бионический глаз». Это устройство состоит из нескольких блоков. Очки с камерой захватывают изображение. Процессор распознает информацию, преобразует ее в электронные импульсы и передает на вживленную в мозг электродную решетку. А последняя стимулирует зрительные нейроны, создавая в голове у человека образ того, что его окружает.

Подобные устройства восхищают, но все-таки это не то же самое, что мы видели в «Матрице», когда Нео за доли секунды выучил боевые искусства и сразу же начал их использовать. Могут ли ученые делать нечто подобное? Пока — нет. И до конца не понятно, когда получится приблизиться к решению этой задачи.

Почему загружать знания так сложно

Эволюция мозга не подразумевает искусственную загрузку данных. В процессе естественного отбора нервная система человека совершенствовалась по определенным законам: мы получаем знания с помощью органов чувств, и это не линейный механизм. Мозг не просто «записывает» новую информацию: он встраивает ее в существующую картину мира, обновляет имеющиеся данные, иногда — с помощью многократных повторений изученного. В процессе меняются связи между нейронами, и это не может происходить мгновенно.

Мозг замкнут внутри себя. Связи между нервными клетками у каждого человека уникальны и неповторимы: они формируются в течение жизни, через опыт многочисленных взаимодействий нейронов. Чтобы передать знания в мозг из внешнего источника, нужно сначала понять, как именно клетки мозга соотносятся друг с другом у конкретного индивидуума.

Мы точно не знаем, как функционирует мозг. Относительно неплохо изучены некоторые его разделы: например, те, что отвечают за речь, движение, органы чувств. Но в процессе познания участвуют не только они. Важную роль играют внимание и память, а их работу еще предстоит долго исследовать. Кроме того, известно, что информация никогда не локализуется в какой-то одной зоне серого вещества: во время усвоения знаний задействуется одновременно несколько отделов. Поэтому невозможно просто «вставить флешку» в порт и загрузить все данные в какую-то часть мозга. Механизм должен быть принципиально другим.

Возможности биоинженерии пока ограничены. Устройство загрузки должно быть одновременно достаточно мощным, чтобы данные загружались быстро и эффективно, но в то же время безопасным, так как любое неосторожное воздействие может нарушить работу мозга. Еще одна сложность: пока даже самые небольшие электроды на порядок больше нейронов, на которые они пытаются воздействовать. Поэтому в настоящий момент сеть невозможно подключить неинвазивно: это в любом случае будет обширное и достаточно опасное хирургическое вмешательство.

Какие могут быть решения

Глубокая стимуляция мозга. Американские ученые провели серию исследований. Сначала они изучили сигналы, которые поступают от мозга профессионального пилота в тот момент, когда он «летает» на тренажере. А затем стимулировали такие же участки мозга у тех людей, которые только начали процесс обучения. Согласно опубликованным данным, прошедшие стимуляцию пилоты на 33 % лучше усваивали информацию, чем испытуемые из контрольной группы. Этот метод — своеобразный компромисс. Конечно, он не дает мгновенных результатов, но может значительно ускорить процесс получения новых знаний и навыков.

Параллельная мозгу нейросеть. Проблему индивидуальных связей между нейронами у каждого конкретного человека может решить вторичная система — компьютерная нейросеть. Если подключить ее к мозгу человека с момента рождения, она станет своеобразным «зеркалом». Тогда все данные можно будет загружать в нее, а она адаптирует их и передаст конечному пользователю.

Оптогенетика. В сетчатке глаза у человека есть белки, чувствительные к свету. Если доставить этот белок в нервные клетки, их можно будет активизировать с помощью световых импульсов. И механизм доставки есть уже сейчас. Для этого ученые генетически модифицируют безопасный вирус: он проникает в клетки мозга и начинает активно вырабатывать в мембранах светочувствительный белок. После этого в мозг вживляется несколько миниатюрных оптоволоконных светодиодов, которые могут стимулировать те или иные нейроны. Теоретически, если удастся усовершенствовать эту технологию, ученым не нужно будет создавать в мозге обширную сеть из электродов.