Интерфейс мозг-компьютер перестал быть научной фантастикой

в 13:38, , рубрики: будущее здесь, гаджеты, имм, интерфейс мозг машина, мозг

image

Томас Рирдон надевает махровые эластичные браслеты, в ткань которых вплетены микрочипы и электроды – этакая стимпанковская бижутерия [полагаю, автор имел в виду киберпанк – прим. перев.] – на каждое из запястий. «Эта демка сносит крышу», – говорит Рирдон, предпочитающий, чтобы к нему обращались по фамилии. Он садится за клавиатуру, включает монитор и начинает печатать. После нескольких строк текста он отталкивает клавиатуру, обнажая белую поверхность стола, стоящего в штаб-квартире его стартапа, расположенного в Манхэттене. Он продолжает печатать, только на этот раз он печатает по пустому пространству стола. Но результат получается тем же – вводимые им слова появляются на мониторе.

Это, конечно, круто, но гораздо важнее то, как происходит этот фокус. Текст на экране создают не его пальцы, а сигналы, которые его мозг отправляет пальцам. Браслеты перехватывают их, правильно интерпретируют и передают этот ввод компьютеру – точно так же, как это делала бы клавиатура. А барабанят ли пальцы Рирдона по столу на самом деле, уже не важно; есть ли у него вообще кисти рук – не важно. Связь осуществляется между мозгом и компьютером. Более того, Рирдон с коллегами обнаружили, что машина может воспринимать и более тонкие сигналы – вроде подрагивания пальца – и не требует реальной имитации печатания.

Можно набирать по сотне слов в минуту на смартфоне, держа руки в карманах. Незадолго до этой демонстрации я наблюдал, как партнёр Рирдона, Патрик Кайфош, играет на своём iPhone в Asteroids. Один из этих загадочных браслетов был надет у него между запястьем и локтем. На экране было видно, что в Asteroids играет неплохой игрок, и крохотный космический кораблик ловко уворачивается от больших камней и крутится, разбивая их на пиксели. Но движения, совершаемые Кайфошем для управления игрой, были едва различимы: лёгкий трепет пальцев его кисти, лежавшей на столе. Казалось, что он играет в игру, управляя ею мозгом. И в каком-то смысле это так и было.

2017 год стал годом появления на публике интерфейса мозг-машина (ИММ), технологии, пытающейся передать загадочное содержимое полуторакилограммовой жижи, находящейся внутри нашего черепа, к машине, занимающей всё более центральное положение в нашей жизни. Идея была взята из научной фантастики и отправилась прямиком в круги венчурных инвесторов быстрее, чем сигнал проходит по нейрону. Facebook, Илон Маск, другие богатые конкуренты – такие, как бывший основатель Braintree Брайан Джонсон, серьёзно обсуждали идею кремниевых имплантатов, не только сливающих нас с компьютерами, но и повышающих наш уровень разума. Но CTRL-Labs, обладающая не только рекомендациями технокомпаний, но и консультативным советом из звёзд в мире нейробиологии, пропускает этап распутывания чрезвычайно сложных внутричерепных связей и отметает необходимость резать кожу черепа, чтобы вставить в него чип – а этого обычно требует ИММ. Вместо этого она фокусируется на богатом наборе сигналов, контролирующих движения, и идущих через спинной мозг – выбирая, таким образом, более простой путь доступа к нервной системе.

Интерфейс мозг-компьютер перестал быть научной фантастикой - 2
Томас Рирдон, сооснователь и гендиректор CTRL-Labs

Рирдон с коллегами из CTRL-Labs используют эти сигналы в роли мощного API между всеми машинами и мозгом. К следующему году они планируют превратить неуклюжие браслеты в более тонкие, похожие на браслеты от часов, чтобы самые первые их последователи могли отказаться от своих клавиатур и крохотных кнопочек на экранах смартфонов. Технология в потенциале способна улучшить ощущения от виртуальной реальности, в данный момент отпугивающей пользователей своими запросами по нажатию кнопок на контроллерах, которые им не видны. Возможно, не существует лучшего способа двигаться и управляться с альтернативным миром, чем при помощи системы, управляемой мозгом.

Рирдон, 47-летний директор CTRL-Labs, считает, что немедленная практичность версии ИММ от его компании ставит её на шаг впереди конкурентов, увлекающихся научной фантастикой. «Когда я вижу эти анонсы сканирующих мозг технологий и одержимость подходом к нейробиологии, отрицающим тело, этаким „мозг в банке“, мне всегда кажется, что эти люди упускают самое главное – то, как все новые технологии становятся коммерческими, этот жёсткий прагматизм, – говорит он. – Мы пытаемся обогатить жизни людей, дать им больше контроля над тем, что их окружает, и над этим маленьким дурацким устройством у вас в кармане – которое сейчас, по сути, служит устройством только для чтения, с ужасающими способами для ввода информации».

Интерфейс мозг-компьютер перестал быть научной фантастикой - 3
Мэйсон Римэли демонстрирует управление игрой при помощи браслета

Цели Рирдона весьма амбициозны. «Я хотел бы, чтобы наши устройства, будем их производить мы или наши партнёры, появились у миллионов людей через три-четыре года», – говорит он. Но улучшенный интерфейс к телефону – это только начало. CTRL-Labs надеется проторить путь в будущее, в котором люди смогут одинаково успешно управляться с большим количеством окружающих их устройств, используя пока ещё не изобретённые инструменты. В мире, где чёткие сигналы от рук – тайная безмолвная речь разума – становится основным способом общения с электронной сферой.

Инициатива появилась в пророческий момент существования компании, когда она была в идеальной позиции для внедрения инноваций. Лидер компании – талантливый программист со стратегическим мышлением, управлявший воплощением инициатив крупных компаний – и ушедший от них, чтобы стать нейробиологом. Рирдон понимает, что всё его прошлое случайным образом привело его к невероятно важной возможности, идеально подходящей для человека с его навыками. И он решительно настроен на то, чтобы не упустить её.

Рирдон вырос в Нью-Гемпшире, и был одним из 18 детей в семье рабочих. Он отбился от стаи в 11 лет, научился программировать в местном центре обучения, спонсируемом техногигантом Digital Equipment Corporation. «Нас звали „гвипами“, мелкими хакерами», – говорит он [gweep – так называли первых хакеров ранних микрокомпьютеров / прим. перев.]. Он прошёл несколько курсов в MIT и к 15 годам поступил в Нью-Гемпширский университет. На него было жалко смотреть – это была комбинация из зелёного юнца-аутсайдера и бедняка. Он не проучился там и года. «Мне наступало 16, и я понял, что мне нужно искать работу», – говорит он. В результате он оказался в городке Чапел-хил в Северной Каролине, и сначала работал в рентгеновской лаборатории в университете Дьюка, настраивая университетскую компьютерную систему на работу с интернетом. Вскоре он основал собственную сетевую компанию, создававшую утилиты для мощнейшей тогда компании Novell. В результате Рирдон продал компанию, в процессе познакомился с венчурным капиталистом Энн Винблад, которая познакомила его с Microsoft.

Первой работой Рирдона там стало управление небольшой командой, клонировавшей ключевой софт Novell для интеграции его в Windows. Он был ещё подростком и не привык к управлению людьми, и некоторые его подчинённые называли его Дуги Хаузером. И всё-таки он выделялся из толпы. «В Microsoft встречаешь множество умных людей, но Рирдон мог вас поразить», – говорит Брэд Сильверберг, в то время бывший главой проекта Windows, а сейчас венчурный инвестор (вложившийся в CTRL-Labs). В 1993 году жизнь Рирдона поменялась, когда он увидел первый веб-браузер. Он создал проект, из которого вышел Internet Explorer, который по-быстрому впихнули в Windows 95 в рамках наметившейся конкуренции. Какое-то время это был самый популярный браузер в мире.

Через несколько лет Рирдон ушёл из компании, разочарованный бюрократией и замученный антимонопольным судебным разбирательством, связанным с браузером, который он помогал создавать. Рирдон и некоторые люди из его команды начали стартап, связанный с беспроводным доступом в интернет. «Мы начали не вовремя, но идея у нас была правильная», – говорит он. А затем Рирдон сделал неожиданный финт: ушёл из индустрии и стал студентом Колумбийского Университета. Чтобы писать диплом по античной культуре. Вдохновение он получил от раскованного разговора со знаменитым Фрименом Дайсоном, произошедшего в 2005 году. Тот упоминал, что читал много литературы на латыни и греческом. «Вероятно, величайший из живущих физиков сказал мне – не занимайся наукой, читай Тацита, – говорит Рирдон. – Я так и сделал». В возрасте 30 лет.

Интерфейс мозг-компьютер перестал быть научной фантастикой - 4
Томас Рирдон общается с подчинёнными

В 2008-м Рирдон получил свой диплом, с отличием, но ещё до окончания учёбы начал посещать курсы нейробиологии и влюбился в работу в лаборатории. «Она напоминала мне программирование, изготовление чего-либо своими руками и попытки что-то сделать, посмотреть, как оно работает, а затем искать ошибки», – говорит он. Он решил серьёзно заняться этим вопросом и составить резюме для магистратуры. Он перевёлся в Колумбию, работал под началом знаменитого нейробиолога Томаса Джессела (сейчас консультирующего CTRL-Labs вместе с другими звёздами вроде Кришны Шеноя из Стэнфорда).

Согласно их веб-сайту, лаборатория Джессела «изучает системы и контуры, управляющие движением», которые она называет «корнем всего поведения». Это отражает ориентированность Колумбии на разделение в нейробиологии между теми, кто изучает происходящее внутри самого мозга, и теми, кто изучает его выходные данные. И хотя деятельность людей, пытающихся разгадать тайны мозга, изучая его материю, окутана очарованием, люди из второго лагеря спокойно верят в то, что то, что мозг заставляет нас делать, и есть его основная функция. Нейробиолог Дэниел Уолперт однажды подытожил это мировоззрение: «Мозг у нас есть только по одной причине – выдавать легко приспосабливающиеся и сложные движения. Больше причин для того, чтобы иметь мозг, не существует. На окружающий вас мир можно воздействовать только движениями».

Такой подход помог сформировать CTRL-Labs, появившуюся, когда Рирдон занялся мозговым штурмом с двумя своими коллегами в лаборатории в 2015-м. Его сооснователями стали Кайфош и Тим Мачадо, получившие докторские степени чуть раньше Рирдона. Они приступили к созданию компании. Во время обучения Рирдон всё больше интересовался сетевой архитектурой, делающей возможными «осознанные движения» – действия, не кажущиеся сложными, но в реальности требующие точности, синхронизации и неосознанно приобретённого опыта. «Такие вещи, как взять стоящую перед вами чашку кофе, поднести её к губам и не зарядить ею со всей силы по лицу», – поясняет он. Вычислить, какие именно нейроны мозга выдают телу команды, чтобы эти движения стали возможными, невероятно сложно. Единственный пригодный способ получить доступ к этим действиям – просверлить в черепе дыру и засунуть в мозг имплантат, а потом мучительно пытаться понять, какие нейроны там работают. «Можно извлечь какие-то данные, но у человека на тренировку одного из этих нейронов на, допустим, управление протезом, уходит по году», – говорит Рирдон.

Интерфейс мозг-компьютер перестал быть научной фантастикой - 5
Патрик Кайфош, начальник службы информационной безопасности и сооснователь CTRL-Labs

Но эксперимент Мачадо открыл новые возможности. Мачадо, как и Рирдон, очень интересовался тем, как мозг управляет движениями, но он никогда не думал о том, что реализация ИММ должна проводиться через имплантацию электродов в мозг. «Я никогда не представлял, что люди будут этим заниматься, чтобы потом отправлять друг другу текстовые сообщения», – говорит Мачадо. Он изучал, как для этого можно приспособить моторные нейроны, протянувшиеся через спинной мозг к реальным мускулам тела. Он создал эксперимент, в котором удалил спинной мозг у мышей и поддерживал их в активном состоянии, чтобы измерять, что происходило с моторными нейронами. Оказалось, что сигналы были удивительно организованными и связными. «Можно было понять смысл их активности», – говорит Мачадо. Два молодых нейробиолога и программист, ставший нейробиологом, чуть постарше их, увидели другую возможность создания ИММ. «Если вы работаете с сигналами, у вас может из этого что-то получиться», – вспоминает Рирдон его реакцию.

Ловить эти сигналы логично было в руках – поскольку мозг человека настроен в основном на работу с руками. CTRL-Labs не первые поняли ценность этих сигналов: стандартный тест на определение нейромускульных аномалий использует сигналы электромиографии, ЭМГ. В первых экспериментах CTRL-Labs использовала стандартные медицинские инструменты для получения сигналов ЭМГ, ещё до того, как начала создавать собственное оборудование. Инновация состоит в более точном считывании ЭМГ – включая и получение сигналов от отдельных нейронов – по сравнению с существующими технологиями, и, что ещё более важно, распознавании связей между электрической активностью и мускулами, чтобы CTRL-Labs могла превращать ЭМГ в инструкции, пригодные для управления компьютерными устройствами.

Адам Беренцвейг, бывший технический директор компании машинного обучения Clarifai, ныне – ведущий учёный в CTRL-Labs, считает, что разработка этих сигналов сравнима с распознаванием такого сложного сигнала, как речь. Ещё один их ведущий учёный, Стив Демерс, физик, работающий в области вычислительной химии, помогал создавать заслуживший награду визуальный эффект «время пули», использовавшийся в фильме «Матрица». «Речь появилась в результате эволюции специально для передачи информации из одного мозга в другой, – говорит Беренцвейг. – Эти моторные нейросигналы появились в результате эволюции специально для передачи данных из мозга в руку, для влияния на изменение мира, но, в отличие от речи, до сих пор у нас не было доступа к этим сигналам. Как будто у нас нет микрофонов и возможности записывать и разглядывать звук».

Интерфейс мозг-компьютер перестал быть научной фантастикой - 6
Адам Беренцвиг, ведущий учёный CTRL-Labs

Но поймать сигнал – это только первый шаг. Возможно, самая сложная задача – превратить их в сигналы, понятные устройству. Для этого требуется комбинация программирования, машинного обучения и нейробиологии. В некоторых случаях при первом использовании системы человеку понадобится пройти небольшой тренировочный период, во время которого ПО компании будет разбираться с тем, как сопоставить индивидуальные сигналы человека с кликами мышки, нажатиями клавишей, касанием кнопок и движениями пальцев по экрану смартфона, на компьютере и по манипуляторам для VR. Что удивительно, у простейших из существующих демонстрационных продуктов на это уходит всего несколько минут.

Сложнее будет обучать систему, когда люди перейдут от имитации традиционных движений – допустим, ввода текста через систему QWERTY – до изменения существующих задач, допустим, набора текста, с руками в кармане. Это может стать более быстрым и удобным, но потребует терпения и приложения усилий. «Это один из больших и сложных вопросов, – говорит Беренцвейг. – Возможно, это потребует нескольких часов тренировок – но сколько времени уходит у людей сегодня на изучение системы QWERTY? Годы». И у него есть идеи по поводу повышения кривой обучения. Одна из них – геймификация. Другая – предложить людям представить, что они учат новый язык. «Мы можем научить людей издавать фонетические звуки руками, – говорит он. – Это будет выглядеть так, будто они разговаривают руками».

Именно использования мозговых команд нового типа покажет, станет ли CTRL-Labs компанией, делающей улучшенные компьютерные интерфейсы, или дорогой к новому виду симбиоза человека и объектов. Один из научных советников CTRL-Labs – Джон Кракауэр, профессор нейробиологии и физической медицины и реабилитации в медицинской школе Университета им. Джона Хопкинса, который руководит там лабораторией Мозга, обучения, анимации и движений. Кракауэр рассказал мне, что он работает с другими командами в своём институте над тем, чтобы использовать систему от CTRL-Labs для тренировки людей, пользующихся протезами, замещающими потерянные конечности, в частности, создавать виртуальную конечность, с которой люди должны научиться управляться перед тем, как пройти трансплантацию конечности от донора. «Мне очень интересно использовать это устройство для того, чтобы помогать людям получать больше удовольствия от движений, когда они сами уже не могут гулять или заниматься спортом», – говорит Кракауэр.

Интерфейс мозг-компьютер перестал быть научной фантастикой - 7

Но Кракауэр (который и сам является возмутителем спокойствия в мире нейробиологии) также видит нечто большее в работе системы от CTRL-Labs. Хотя человеческая рука – устройство необыкновенно хорошее, возможно, что сигналы от мозга смогут справляться с чем-то гораздо более сложным. «Нам неизвестно, является ли рука наилучшим устройством из всех, с которыми мы можем управляться при помощи нашего мозга, или же наш мозг гораздо лучше рук», – говорит он. Если верно последнее, сигналы ЭМГ могут оказаться способными работать с руками с большим количеством пальцев. Возможно, мы сможем управлять множеством роботизированных устройств с такой же простотой, с какой мы играем на музыкальных инструментах своими руками. «Не будет сильным преувеличением сказать, что если вы можете делать что-то на экране, вы можете делать это с роботом, – говорит Кракауэр. – Возьмите любую телесную абстракцию, которую можете придумать, и передайте её куда-то ещё вместо руки – допустим, это может быть осьминог».

Возможно, у нас получится использовать протезы, которые превысят по возможностям те части тела, с которыми мы родились. Или, возможно, несколько протезов, соединённых с телом в разных местах. «Мне нравится идея использования этих сигналов для управления каким-либо внешним устройством, – говорит Кракауэр. – Также мне нравится идея здорового человека, у которого просто есть хвост».

Для компании возрастом до двух лет, CTRL-Labs пережила уже довольно много. В конце прошлого года ушёл сооснователь Тим Мачадо. Сейчас он работает в престижной биоинженерной лаборатории Дейссерота, но остаётся советником компании и совладельцем ценной интеллектуальной собственности. Только в прошлом месяце компания поменяла название, изначально она называлась Cognescent, но в итоге команда примирилась с тем, что в таком виде их постоянно путали бы с IT-компанией Cognizant с капитализацией в $40 млрд.

Но по мнению Рирдона, самое интересное в компании – большая скорость разработки системы, воплощающей её идеи. Это выгодно отличается от ранних дней её существования, когда прогресс шёл рывками. «У нас ушло три-четыре месяца только на то, чтобы просто увидеть что-то на экране», – говорит Вандита Шарма, программист. «В итоге это был очень крутой момент, когда я смог соединить свой телефон с браслетом и увидеть на экране ЭМГ». Когда я в первый раз был в гостях у компании этим летом, 23-летний волшебник игр Мэйсон Римали дал мне поиграть с демо-версией Pong, минимальным из всех контрольных тестов. Через несколько недель другой программист, Майк Астолфи, показал мне игру в Asteroids, в которой работали ещё не все функции. Вскоре после этого игру реализовали на 100%, и Каифош сумел поиграть в неё, хоть и не без резких рывков. Теперь Астолфи адаптирует к системе Fruit Ninja. «В ноябре, увидев демонстрацию, я решил, что они очень слабо продвинулись. А в последнее время чувствуется, что они оседлали волну», – говорит Эндрю Мюррей, исследователь из Велкомовского центра нейроконтуров и бихевиоризма в Сэнсберри, некоторое время работавший в лаборатории Джессела с Рирдоном.

Интерфейс мозг-компьютер перестал быть научной фантастикой - 8

«Технология, над которой мы работаем, с точки зрения возможностей бинарная – она либо работает, либо нет, – говорит Рирдон. – Можете представить себе компьютерную мышь, работающую 90% времени? Вы бы не стали её использовать. На сегодня у нас есть доказательство того, что она, чёрт возьми, работает. Удивляет то, что она работает уже сейчас, с опережением графика». Согласно сооснователю Каифошу, следующий этап – использование этой технологии в самой компании. «Вероятно, начнём с того, что избавимся от мышек», – говорит он.

Но потребуется гораздо больше, чтобы заставить всех нас выбросить наши клавиатуры и мыши. Такой ход потребует того, чтобы эту систему приняли на вооружение большие компании, определяющие, что мы используем в своём ежедневном обиходе. Рирдон считает, что они на это пойдут. «Все крупные компании, будь то Google, Apple, Amazon, Microsoft или Facebook, делают большие ставки на новые типы взаимодействия, – говорит он. – Мы пытаемся делать так, чтобы о нас знали».

За ЭМГ-сигналы тоже идёт соревнование. В нём участвует и компания Thalmic Labs, получившая недавно $120 млн инвестиций от Amazon. Её продукт, выпущенный впервые в 2013 году, всего лишь интерпретирует несколько жестов, хотя говорят, что компания уже работает над новым устройством. Коммерческий директор CTRL-Labs, Джош Дуйян, говорят, что неинвазивное отслеживание активности нейронов, используемое их компанией, это «инновация, создающая ИММ, и отличающая нас от очередной компании, производящей устройство, которое никто не использует, типа Thalmic». Инвестиции в $11 млн, полученные CTRL-Labs, пришли из разных источников, включая Spark Capital, Matrix Partners, Breyer Capital, Glaser Investments и Fuel Capital. В итоге Рирдон считает, что у его технологии есть преимущество перед другими реализациями ИММ – как и Илон Маск, Брайан Джонсон и Реджина Дуган из Facebook, Рирдон в прошлом уже был успешным предпринимателем в технологической сфере. Но в отличие от них, у него есть докторская степень по нейробиологии.

«Такие моменты в жизни бывают редко, – говорит Рирдон, с которым это случалось чаще, чем с другими. – Это момент Уоррена Баффета. Ты ждёшь, и ждёшь, и ждёшь, и ждёшь той вещи, которая, похоже, выстрелит. Это и есть та самая редкая вещь».

Ели он прав, в будущем, когда люди будут говорить такие фразы, они будут вилять хвостами.

Автор: Вячеслав Голованов

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля