Об авторе: Екатерина Суркова, эксперт подкаста о памяти «Что мы здесь забыли?» студии «Толк» и образовательной платформы «Нетология», кандидат биологических наук, руководитель научных коммуникаций медико-генетического центра Genotek.
Нейропластичность — это удивительная суперсила, которой каждый из нас обладает с рождения. Речь идет о способности мозга восстанавливаться после повреждений и приспосабливаться под влиянием обучения и нового опыта. Хотя активнее всего этот процесс проходит в детстве или в утробе матери, у взрослого человека тоже возникают новые связи между нейронами, исчезают старые и происходит формирование нервных клеток (нейрогенез).
Например, мы забываем иностранный язык, если не говорим и не читаем на нем, или теряем музыкальные навыки, когда перестаем играть на инструменте. Это происходит, потому что нейронная сеть, отвечающая за эти навыки, не используется, нейроны в ней перестают общаться между собой и таким образом она разрушается. И наоборот, у людей, играющих на фортепиано постоянно, области мозга, отвечающие за движения пальцев, становятся активнее и даже объемнее.
Наш мозг обладает потрясающей способностью адаптироваться и менять свою структуру. Нейротехнологии используют эту способность, чтобы интегрироваться с нервной системой и влиять на ее работу. Самыми известными разработками в этой области являются нейропротезы и нейрочипы. Первые заменяют физиологические функции организма, а вторые помогают управлять электронными устройствами силой мысли. И если нейрочипы пока не нашли широкого применения, нейропротезы хорошо изучены и используются повсеместно.
Больше, чем протез
Нейропротезы — это устройства, которые помогают восстановить или заменить утраченные функции нервной системы или органов: рук, ног, слуха или зрения.
Они могут быть имплантированы в тело, чтобы считывать сигналы нервной системы и преобразовывать их в действия. Один из первых и наиболее известных нейропротезов — кохлеарный имплантат, который помогает людям с нейросенсорной тугоухостью воспринимать речь, преобразуя звук в сигналы, понятные нервной системе. К ним же можно отнести ретинальные имплантаты, известные как «бионический глаз», которые помогают видеть людям с полной или частичной слепотой.
Помимо замены функций утраченных органов, такие устройства могут значительно облегчать симптомы некоторых болезней, для которых пока не найдено эффективного лекарства. Например, ученые сейчас работают над «протезами памяти» (memory prosthesis), которые смогут улучшить качество жизни пациентов с болезнью Альцгеймера и продлить их способность обслуживать себя без посторонней помощи. В подкасте «Что мы здесь забыли?» я детально рассказываю об особенностях этой болезни: ученые уже хорошо изучили ее механизм, но пока не смогли подобрать лекарство. Одним из возможных способов лечения могут стать имплантаты, которые стимулируют гиппокамп с помощью электродов и позволяют усилить кодирование воспоминаний, чтобы «удержать» их.
Для нейропротезирования применяют метод целевой реиннервации: остатки нервов хирургически переносятся на расположенную рядом с протезом мышцу (в случае протезов конечностей). Мозг посылает сигнал к этой мышце, и он передается процессору. Можно даже сделать так, чтобы человек чувствовал прикосновение к протезу. В случае если связь нервов с мозгом потеряна, необходимо вживление мозгового имплантата (чипа) для управления парализованными конечностями.
Иногда ошибочно считают, что Стивен Хокинг в последние годы жизни пользовался нейропротезом, но на самом деле он использовал ассистивные технологии (assistive technology), чтобы печатать, говорить и передвигаться. Они отличаются от нейропротезов тем, что не взаимодействуют непосредственно с нервной системой и чаще служат внешними инструментами. Нейропротезы используются, если связь нервов со спинным или головным мозгом не потеряна. Так как Хокинг страдал от бокового амиотрофического склероза, практически все его мышцы были парализованы, а связь между нервами и мозгом разорвана, эту конкретную нейротехнологию применить было нельзя.
На связи с компьютером
Нейрочипы — это небольшие устройства, которые имплантируются в мозг и анализируют активность нейронов. Они разрабатываются для людей с ограниченными физическими возможностями: парализованных или людей с нейродегенеративными заболеваниями, при которых нейроны в мозге повреждаются или гибнут (болезнь Паркинсона или Альцгеймера). Нейрочипирование используется для улучшения когнитивных функций, таких как память или обучение, а также для обмена информацией с внешними устройствами. Эта технология также называется «мозг-компьютер», ведь чип, вживленный в тело человека, подсоединяется с помощью Bluetooth к смартфону или компьютеру, с помощью которых человек может использовать соцсети, пользоваться интернетом и играть в игры.
Сама по себе эта технология не новая, первые исследования нейрокомпьютерных интерфейсов начались еще в 1970-х, а первые имплантации у людей произошли спустя 20 лет. В 1998 году исследователь Филипп Кеннеди внедрил электроды в мозг парализованного пациента, дав ему возможность управлять курсором на экране и печатать. Позже Кеннеди решил повторить эксперимент на себе и имплантировал электроды в собственный мозг, чтобы лучше изучить нейронные процессы, но столкнулся с серьезными осложнениями и был вынужден удалить имплантаты из-за незаживающей раны. Этот эксперимент также поднял вопросы этики и безопасности, связанные с тем, что пациенты подвергаются подобным рискам.
Несмотря на то что технология уже известна десятилетия, существует ряд физиологических проблем, которые мешают ее повсеместному распространению. Во-первых, для вживления устройства требуется сложная операция, у которой много рисков. Во-вторых, нейрочип — это все-таки чужеродное тело, поэтому мозг пытается его изолировать с помощью соединительной ткани. Из-за этого через несколько лет чип перестает работать и его приходится заменять. К тому же у самого устройства могут быть побочные эффекты, и риск их возникновения достаточно высокий.
Сейчас в мире живет как минимум один человек с нейрочипом, и, судя по всему, он чувствует себя хорошо и активно пользуется представившимися возможностями. Нолан Арбо, получивший серьезную травму позвоночника, стал первым человеком, которому вживили чип Telepathy («Телепатия») от компании Илона Маска Neuralink. Он дал возможность Нолану управлять цифровыми устройствами силой мысли. Через месяц после операции возникли сложности с чипом — мозг Нолана сместился сильнее заложенного (3 мм вместо 1 мм), и компоненты не были рассчитаны на такое движение. Но пациент настолько привык к чипу, что попросил хирургов переустановить его заново, учитывая новые данные, что и было успешно реализовано.
В чьих руках будущее нашего разума
При всех своих успехах развитие нейротехнологий не движется семимильными шагами. Препятствуют этому в том числе вполне обоснованные этические и правовые проблемы. Первые связаны с вмешательством в природу человека: насколько приемлемо «улучшать» людей, кто будет иметь доступ к технологиям в их теле и кто должен отвечать за их успех? Существуют также информационные риски — уязвимость для всевозможных кибератак и нарушений приватности. Ведь нейрочип — это устройство, подключаемое к Сети, а значит, его как минимум можно взломать с помощью Bluetooth, а как максимум получить доступ к мозговой активности человека.
Главных риска два: утечка данных внутри компании — разработчика оборудования и «подслушивание» информации с носимого устройства кем-то извне. В первом случае необходимо серьезное регулирование работы таких компаний, методы шифрования и разработка мер в случае их банкротства. Для второго случая разрабатывают технологии Electro-Quasistatic Human Body Communication (EQS-HBC) — метод для локализации сигналов внутри тела, что делает крайне сложным перехват важных частных данных, потому что он создает скрытый канал связи внутри человеческого тела.
В сфере таких технологий необходим компромисс между правами, безопасностью, приватностью и развитием нейротехнологий. Определять правила новой этики должны государственные или международные комитеты, а их подходы должны быть глобальными и комплексными, ведь вопросы нейротехнологий охватывают науку, медицину, IT, экономику и право. ЮНЕСКО, Министерство науки и технологий Китая и производитель медицинского оборудования компания Science уже выпустили свои этические руководства в сфере нейроинтерфейсов. В России в 2024 году также создали проект рекомендаций по нейроэтике.
Прорыв в медицине или путь к социальному неравенству
Сейчас нейротехнологии направлены в основном на решение медицинских проблем и улучшение жизни пациентов с ограниченными возможностями. Но в дальнейшем они могут быть использованы и для улучшения когнитивных способностей здоровых людей. В частности, конечной целью своей компании Neuralink Илон Маск видит улучшение человека, возможное при помощи интеграции в мозг микрочипов с искусственным интеллектом, чтобы так сравнять наши способности.
Такие исследования уже проводят на лабораторных животных. В ноябре 2024 года ученым МГУ и лаборатории Neiry удалось впервые в мире подключить мозг крысы Пифии к искусственному интеллекту. В результате она может отвечать «да» и «нет» на различные вопросы с помощью виртуального помощника.
Нейропротезы и чипы уже сейчас помогают людям с ограниченными возможностями жить более комфортной жизнью, заменяя утраченные органы и предоставляя новые способы взаимодействия с окружающим миром. Прогнозы показывают, что эта сфера будет стремительно развиваться в ближайшие десятилетия. Размер мирового рынка нейротехнологий был оценен в $12,82 млрд в 2022 году и, по прогнозам, увеличится втрое к 2032 году, достигнув около $38,17 млрд. Такое резкое развитие сулит новые этические и правовые вызовы, но вместе с тем позволит усовершенствовать форматы лечения и помочь пациентам с болезнями, которые раньше считались неизлечимыми.
➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.