На пути
к телепатии

Ученые разрабатывают способы прямого преобразования нейроимпульсов головного мозга человека в речевую информацию 7 Ноябрь 2015, 10:52
Телепатические способности живых существ — предмет не одного фантастического романа. Но, как и в случае со многими другими предсказаниями фантастов (вспомнить хотя бы геостационарные спутники связи, впервые описанные Артуром Кларком в 1945 году), с развитием науки и техники самые смелые фантазии литераторов начинают постепенно становиться реальностью.

Не остались в стороне и человеческие сверхспособности. Телекинез — перемещение предметов силой мысли — уже, по сути, существует и доступен каждому: забавные искусственные ушки Necomimi от компании Neurowear меняют положение в зависимости от настроения владельца. Устройство реагирует на активность определенных участков головного мозга и стоит не более 100 долларов. А вопрос управления машинами и механизмами с помощью сигналов головного мозга изучает уже множество научных коллективов. 
DARPA в своей программе Silent Talk надеется изменить способ обмена информацией на поле боя, считывая ее напрямую из головного мозга бойцов
Возможность напрямую преобразовывать мысли человека в текст, собирая информацию о работе мозга, в корне изменила бы представления о телекоммуникациях. До недавнего времени этого не удавалось сделать никому — существовали лишь более сложные для оператора и менее сложные в реализации варианты. Так, в 2014 году Джонатан Уолпоу (Jonathan Wolpaw), исследующий травмы головного мозга, разработал систему, позволяющую парализованному пациенту набирать текст, концентрируя внимание на определенных буквах в таблицах на экране компьютера.

При этом с помощью набора датчиков, крепящихся на голове пациента и для улучшения результатов смоченных специальным гелем, анализируется активность определенных участков головного мозга. Затем выделенная буква выводится на экран. К сожалению, такой побуквенный ввод занимает очень много времени: на то, чтобы определить символ, оператору и системе необходимо потратить не менее 15 секунд. Безусловно, для обездвиженного человека с отказавшим речевым аппаратом и такой способ общения нужен и важен, но о более широком практическом применении подобных технологий речь не идет.
Еще один эксперимент был поставлен в 2013 году учеными из Radboud University Nijmegen (Нидерланды). С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (МРТ) и специальной математической модели они смогли научиться определять, какие буквы в настоящий момент видит испытуемый.

Но настоящую революцию сулит способ, разработанный учеными из Государственного центра адаптивных нейротехнологий (National Center for Adaptive Neurotechnologies, США) и подразделения биомедицинских исследований Государственного Нью-Йоркского университета (Department of Biomedical Sciences, State University of New York) в Албани. Им удалось преобразовать сигналы мозга непосредственно в речь — создатели назвали его brain-to-text (интерфейс «мозг — текст»). Интересно, что одним из спонсоров работ в рамках данного проекта являлось Научно-исследовательское управление Армии США (US Army Research Office) при поддержке нескольких научных фондов.
Параллельная запись голоса и электрокортикограммы (EСoG), соответствующей произносимым звукам, в ходе калибровки системы brain-to-text
(фото: www.frontiersin.org)
Суть метода состоит в том, чтобы распознавать не отдельные символы, из которых складывается текст или человеческая речь, а считывать и определять характерные сэмплы мозговой активности, свойственные мысленному прочтению групп звуков и целых слов. Для этого требуется предварительное обучение системы оператором — ее калибровка. Участники эксперимента читали вслух длинные тексты, а в это время программа фиксировала деятельность мозга и составляла профиль его работы — записывала образцы мозговых волн.
Расположение матрицы электродов у каждого из семи участников эксперимента с указанием их пола и возраста (фото: www.frontiersin.org)

Silent Talk от DARPA

Несколько лет назад стало известно, что Агентство передовых оборонных разработок США (DARPA) ведет разработку системы телепатической связи на поле боя. Проект получил название Silent Talk («Безмолвная речь»). Система считывает работу областей головного мозга, преобразует ее в текстовую информацию и передает по каналам связи. Таким образом, солдаты получили бы способ связи, для которого достаточно лишь подумать о том или ином действии, о котором необходимо оповестить остальных. В бюджете DARPA на 2010 год были заложены $4 млн для проведения предварительных работ по Silent Talk. Текущее состояние разработок по данному проекту не разглашается. 
Участники эксперимента читали вслух длинные тексты, а в это время программа фиксировала деятельность мозга и составляла профиль его работы — записывала образцы мозговых волн.

Следует отметить, что подобный тщательный анализ мозговых волн стал возможен потому, что у каждого из семи добровольцев по медицинским показаниям в левое полушарие мозга под черепом были вживлена матрица из электродов, которые затем собирались данные методом электрокортикографии. Все участники эксперимента проходили инвазивное исследование для выявления областей мозга, затронутых эпилепсией.

При эпилепсии в мозгу выявляется так называемый судорожный очаг — повреждение участка мозга, органическое или функциональное, вызванное недостаточным кровообращением, родовыми осложнениями, травмы головы, соматическими, инфекционными заболеваниями и многим другим. На месте повреждения образуется рубец, а также периодически может возникать острый отек и раздражение нервных клеток двигательной зоны, что ведет к судорожным сокращениям скелетных мышц — проявлениям эпилепсии. Для выявления этих очагов и применения соответствующей терапии у пациентов и был открыт доступ к мозгу.

Процесс распознавания текста: сначала записывалась электрокортикограмма (EСoG) работы участков головного мозга для каждого электрода с дискретностью 50 мс, затем она обрабатывалась, и вычислялись наиболее вероятно «произнесенные» слова в соответствии с базой предварительного обучения системы, словарем и моделью данного языка
Система неспособна понимать любые слова, возникающие в мозгу пациентов — ее возможности ограничены предварительно выученным словарем, причем процент правильно определенных слов зависит от количества сэмплов, полученных для этих слов в процессе обучения системы конкретным пользователем. Тем не менее Питер Бруннер (Peter Brunner), соавтор исследования, полон оптимизма: он считает, что подобный интерфейс может вскоре стать доступным для рядовых пользователей. Также он достаточно образно описал способ работы системы и ее перспективы.

«Я люблю сравнивать процесс (распознавания мозговой активности — прим. Technowars) с вертолетом, зависшим над кричащей толпой, — говорит Бруннер. — Если вы приближаетесь к ней, вы слышите крики, но не можете различить отдельных слов. Если вы снабдите пару человек микрофонами, вы сможете слышать их, но не сможете составить общую картину происходящего. Но если вы раздадите микрофоны большому количеству групп людей — то есть будете прослушивать большие области мозга, – вы сможете узнать, что кричат эти группы».