Истинный творец всего. Как человеческий мозг сформировал вселенную в том виде, в котором мы ее воспр - Николелис Мигель - Страница 41

Рис. 7.2. Разные конфигурации мозгосетей обезьян. A: Организация мозгосети обезьян для решения общей двигательной задачи. Обезьян размещали в разных комнатах. Каждая находилась перед экраном компьютера с изображением виртуальной руки. Поведенческая задача заключалась в том, чтобы с помощью трехмерных перемещений виртуальной руки добраться до виртуальной цели на экране. Трехмерные перемещения виртуальной руки достигались благодаря сочетанию одновременной кортикальной электрической активности в мозге нескольких обезьян, объединенных в мозгосеть. B: Пример общей двигательной задачи, в которой вклад каждой из двух обезьян в перемещение виртуальной руки (X, Y) составлял 50 %. Под диаграммой показана кортикальная локализация имплантированных микроэлектродов. C: Распределенная задача, в которой одна обезьяна контролировала X-координату движения виртуальной руки, а другая – Y-координату. D: Подробная схема задачи с мозгосетью с участием трех обезьян. Каждая обезьяна решала двумерную задачу, а все три вместе контролировали трехмерное перемещение виртуальной руки. Ramakrishnan A. et al. Computing Arm Movements with a Monkey Brainet. Scientific Reports 5, July 2015: 10767.

Наше внимание привлекли и некоторые другие результаты. Например, когда один из участников эксперимента снижал эффективность работы и на время выходил из игры, двое оставшихся вполне компенсировали временную потерю мощности мозгосети. Они просто повышали частоту возбуждения нейронов собственной моторной коры, увеличивали уровень синхронизации и доставляли виртуальную руку к цели, как и требовалось, без участия третьего члена мозгосети. Поскольку решивший передохнуть лентяй не получал сок, его участие в игре не вознаграждалось, что стимулировало его как можно скорее вернуться к работе.

После многолетнего ожидания начала экспериментальной работы я едва удерживался от того, чтобы не кинуться к моим участникам с поздравлениями: в конце концов, мы только что впервые успешно продемонстрировали в действии разработанный в лаборатории сетевой интерфейс «мозг-машина». К сожалению, ничего, кроме невнятного мычания и повизгиваний, из наших участников извлечь было невозможно. Не потому, что они скромничали, вовсе нет, а по той причине, что были отделены от нас 25 миллионами лет эволюции и их мозг функционировал на другой волне. Видите ли, Манго, Шерри и Офелия – три великолепные макаки-резусы. Их мозг никак не мог синхронизироваться в ответ на человеческую речь и жест «дай пять»!

После первых успехов в экспериментах с мозгосетями у нас не было пути назад. В следующем варианте в рамках того же подхода мы назвали наших обезьян просто Пассажиром и Наблюдателем. В лабораторном помещении размером 10×10 футов, которое служило площадкой для их мысленных игр, они быстро выучили свои роли: Пассажир использовал электрическую активность своего мозга для передвижения адаптированного электронного инвалидного кресла (или ехал на нем, управляя компьютером, контролирующим кресло), чтобы добраться до вожделенного винограда, а Наблюдатель сидел в своем кресле и следил за этим своеобразным упражнением по вождению, выполнявшимся у него перед глазами. Хотя роль Наблюдателя может показаться незначительной ролью для лентяя, она предполагала ощутимый бонус: если Пассажир добирался до винограда до истечения отпущенного времени, Наблюдатель также вознаграждался небольшой порцией его любимого фруктового сока. Важно отметить, что на протяжении двадцати лет мы имели возможность проводить в нашей лаборатории этот эксперимент благодаря тому, что Гари Лехью, которого прозвали волшебником, переделал пару старых инвалидных кресел с электроприводом таким образом, чтобы ими можно было управлять и перемещать их за счет одной лишь электрической активности мозга.

Процесс обучения занял несколько дней, но в конце концов пара Пассажир/Наблюдатель все же начала справляться с заданием с высокой степенью успеха: вне зависимости от исходного положения инвалидного кресла Пассажир забирал виноград практически при каждой попытке. Таким образом, в каждом опыте после отмашки мозг Пассажира устанавливал новое местонахождение подающего виноград автомата в помещении и его пространственное расположение относительно инвалидного кресла, которым он управлял. Это позволяло мозгу Пассажира найти наилучшую траекторию, чтобы добраться до лакомства. После быстрых мысленных расчетов мозг Пассажира создавал двигательную программу, необходимую для перемещения инвалидного кресла к цели. Через несколько сотен миллисекунд Пассажир уже ехал вперед, удобно устроившись на сиденье инвалидного кресла.

Пока эти двое обучались разыгрывать такое довольно необычное совместное действо, талантливый молодой сотрудник и инженер из моей лаборатории По-Хе Ценг из Тайваня был занят тем, что записывал электрические всплески, одновременно возникавшие в сотнях нейронов во многих участках коры мозга Пассажира и Наблюдателя. Впервые за более чем пятидесятилетнюю историю интракортикальной нейрофизиологии приматов была проведена широкомасштабная регистрация электрических нейронных сигналов, одновременно посылаемых мозгом двух взаимодействующих макак-резусов. Еще более замечательным было то, что сигналы мозга обеих обезьян поступали через 128-канальный беспроводной интерфейс, способный принимать и передавать потенциалы действия, посланные кортикальными нейронами – до 256 у каждого животного. На самом деле изобретение этого нового многоканального беспроводного интерфейса группой нейроинженеров из нашей лаборатории в Университете Дьюка стало важнейшим этапом в разработке и выполнении особой социальной задачи, которая на много месяцев заняла Пассажира, Наблюдателя, По-Хе и остальных членов нашей команды.

Пока По-Хе прослушивал ежедневные сообщения своего «радио NeuroMonkey», Пассажир и Наблюдатель занимались делом – день за днем, неделю за неделей, образовав в итоге весьма эффективную команду. Выражаясь языком самого знаменитого бразильского футбольного комментатора нашего времени и моего друга Оскара Улиссеса, эти двое «сформировали правильный тип командного взаимопонимания», как пара нападающих в футболе или дуэт часто выступающих вместе теннисистов. Как вскоре подтвердил По-Хе, поскольку эта пара выполняла задачу совместными усилиями, т. е. на виду друг у друга, обезьяны достигли уровня синхронности электрической активности коры, не допускающего вероятность простого совпадения (рис. 7.3). Иными словами, когда Пассажир перемещался, а Наблюдатель следил за его перемещениями, больше электрических сигналов в сотнях нейронов моторной коры этих двух животных возникало одновременно, хотя нейроны находились в мозге двух разных существ. Во многих случаях уровень межмозговой корреляции достигал порядка 60 %, тогда как при случайном стечении обстоятельств данный показатель был бы близок к нулю.

Рис. 7.3. Межмозговая кортикальная синхронизация (МКС) при выполнении приматами общей задачи. A: Локализация кортикальных имплантатов у трех обезьян (C, J и K). Беспроводная многоточечная многоканальная регистрация активности ансамблей нейронов проводилась в первичной (M1) и дорсальной премоторной коре (PMd) в обоих полушариях. B: Две обезьяны (Пассажир и Наблюдатель) находились в помещении размером 5,0×3,9 м. В каждом опыте Пассажир двигался от исходной точки к стационарному автомату с виноградом. Представлены пять вариантов перемещения инвалидного кресла. C: Активность ансамблей нейронов в двух репрезентативных опытах. Каждая горизонтальная линия соответствует одному нейрону. Отдельные потенциалы действия нейронов представлены в виде белых вертикальных черточек. Эпизоды межмозговой синхронизации коры обезьян C (Наблюдатель) и K (Пассажир) обведены вертикальными эллипсами на левом рисунке. D: Количественная оценка МКС для экспериментов, показанных на рисунке C. Мгновенные значения дистанционной корреляции рассчитывались с тем же скользящим окном 3 с, как серые отметки на рисунке C. Пики корреляций обозначены стрелками. E: Перемещения инвалидного кресла в тех же опытах, как в C и D. Tseng P. et al. Interbrain Cortical Synchronization Encodes Multiple Aspects of Social Interactions in Monkey Pairs. Scientific Reports 8, no. 1, March 2018: 4699.