Category: технологии

homuncul

Нейронет и нейротех: ставки на будущее

Будущее знать невозможно, но можно посмотреть, кто и какие ставки делает. Например, какие типы исследований и разработок получают приоритетное финансирование, куда идут деньги. Какая логика за этим стоит. Это помогает увидеть вероятные сценарии будущего.

Мы попытались. Выкладываю текст -- это часть доклада ОС Нейронет, который вышел в конце года. В тексте обозначены два направления, две ставки на будущее, уже сделанные серьезными игроками: неинвазивные нейроинтерфейсы и биоэлектронная медицина (электроцевтика). На мой взгляд, здесь важнее даже не отдельные решения, а сама логика, побуждающая искать в этих направлениях.

Давно хотел, чтобы по электроцевтике была справка на русском, со ссылками, чтобы каждый раз не рассказывать, что такое и зачем. Вот, наконец, сделал.

Первый раздел можно опустить -- в нем переподтверждаем выводы предыдущего доклада.

Если заинтересует, текст выложен в трех вариантах, кому как удобнее читать:

Ссылка на сам доклад yadi.sk

Ну и понятно, что ставок реально больше, но эти две одни из ключевых.
homuncul

Интерфейс с облаком

Читается как научная фантастика. Группа ученых написала программный текст про отдаленное будущее, где граждане будут иметь прямую высокоскоростную связь мозга с интернетом. Авторы называют ее “интерфейс мозг-облако”. Реализуется через введение в пространство внутри черепа огромного флота микро- и наноботов, которые отслеживают каждый нейрон и его синапсы. Прямо так и пишут: direct monitoring of the brain’s ∼86 × 10^9 neurons and ∼2 × 10^14 synapses.

Я сам всячески приветствую игру воображения и бывает, вполне сознательно, повышаю ставки. Но все же не в научном журнале: тут даже на мой вкус изложено слишком лихо. Авторы даже подсчитали, что все введенные боты не превысят 9% объема мозга, что в пределах допустимого.

В чем я солидарен с ними -- в том, что микро- и наноботы неизбежны. Это путь, по которому пойдут самые передовые разработки вокруг интерфейсов и прочих нейротехнологий. В DARPA так и считают и играют на опережение, стимулируя исследования именно в этом направлении и демонстративно отмахиваясь от улучшения традиционных’ методов типа МРТ или ЭЭГ. Есть, однако, разница: снимать сигнал со всех клеток коры (вполне верю) и снимать со всех нейронов мозга в целом, включая мозжечок (а зачем, собственно?). Плюс авторы как-то уж совсем игнорируют вопрос обработки столь мощного потока данных в реальном времени, просто уповая на дальнейший прогресс IT технологий. Удивлен.

Впрочем, там и помимо обработки очень много вопросов, как практических, так и теоретических. Напр., авторами неявно подразумевается, что имея детальную картину активности всех клеток, мы сможем загружать знания и навыки в человека в готовом виде. Откуда это следует, неясно. Я специально посмотрел дату публикации и убедился, что она датирована не первого апреля.

Если же не привязываться к нереальным, на мой взгляд, ориентирам, посыл статьи сильно перекликается с текстом, который я писал на ту же тему: что нас ждет симбиоз человека и техносферы через подключение напрямую к мозгу. Правда, я писал в убеждении, что немного перегибаю, а оказалось что поскромничал, на фоне смелых редакторов Front. Neurosci.
Группа авторов: Human Brain/Cloud Interface
homuncul

О технологических вызовах в нейро

Если вдруг кому интересно текущее состояние передовых технологий вокруг нейро, то вот небольшой обзор. Я делал его в конце 2018 года для аналитической справки Отраслевого союза “Нейронет”. Формально он -- про технологические барьеры, которые необходимо преодолеть. В сущности, из текста вытекает картина текущего состояния и ближайших перспектив. В первом приближении, конечно, поскольку обзор краткий, без сильного ухода в детали.

Текст для узкой аудитории, не науч-поп. статья, с неизбежными отсылками на Нейронет, без картинок и насыщен терминами. Особо важным мне представляется раздел о применени нанотехнологий в нейро. Область новая, толком не исследована, полно низковисящих плодов, потенциальные возможности с запасом обходят все прочие решения.

Читать можно в medium или в google.docs

Аналитическая справка целиком выложена здесь. Но верстка там не для онлайн, а для печати.
homuncul

Прорывные нейротехнологии -- у военных

Программа N3 агентства DARPA, объявленная в 2018 году, определенно заслуживает пристального внимания. Как со стороны ученых в области нейронаук, так и со стороны тех, кто хочет (или по должности обязан) знать, какие технологии и возможности будут доступны в горизонте 10-15 лет.

Программа звучит как «Нехирургическая нейротехнология следующего поколения». Цель -- разработка неинвазивных ИМК высокого разрешения, которые обеспечат быстрое, эффективное и интуитивное взаимодействие солдат с военными системами. Если предыдущие программы DARPA были направлены на создание интерфейсов для восстановления раненых, то N3 заточена на применение нейронных интерфейсов в бою.

Как заявляет DARPA, они работают над усилением партнерства людей с компьютерными системами, чтобы идти в ногу с ожидаемой скоростью и сложностью будущих военных миссий. Крайне важно, чтобы военнослужащие могли в режиме реального времени и интуитивно взаимодействовать с интеллектуальными полуавтономными и автономными агентами, что невозможно при использовании обычных интерфейсов.

Абзац выше -- это, по сути, цитата.

Технологически задача состоит в том, чтобы неинвазивно, без хирургических операций, связываться с нервной тканью через череп, сохраняя при этом высокое пространственное и временное разрешение; причем как для записи, так и для стимуляции активности клеток.

Т.е. это должен быть двунаправленный интерфейс, позволяющий считывать сигнал из мозга и отправлять его в мозг. Категорий сигналов -- от шести и более в каждом направлении. Размер устройства -- в пределах 125 куб. см. И главное, оно устойчиво к движениям. Интерфейсы, что сегодня используют в медицине или научных исследованиях, нужно долго калибровать, а затем человек почти неподвижно сидит перед монитором.

Программа включает два типа технологий: неинвазивную и “слегка” инвазивную. Последняя допускает доставку вирусов, молекул, наночастиц и т.п., которые вводятся в мозг инъекцией, таблеткой или в виде спрея. Они усиливают или преобразуют сигнал от клеток таким образом, чтобы его могло считать внешнее устройство. В этом случае требование -- прибор должен регистрировать активность на уровне отдельных нейронов.

В DARPA считают, во-первых, что понадобятся новые решения в области физики рассеяния и ослабления сигналов при их прохождении через кожу, череп и ткань мозга; во-вторых, предлагают искать новые признаки активности нейронов, напр., оптические, акустические, магнитные. Отдельно прописано, что текущие методы, требующие громоздкого оборудования, типа МЭГ или МРТ, не будут рассматриваться. Улучшения в съеме ЭЭГ -- не предлагать.

В целом звучит довольно лихо для ближайших лет, но раз такая программа сформулирована, то, вероятно, некоторые идеи и технологические заделы уже имеются. Это жутко интригует.
Collapse )
homuncul

Замена органов: повернитесь к биологии, не отворачивайтесь от нее

Против искусственных почек, трахей, мочевых пузырей и разных органов и тканей пишет в Nature  профессор в McGowan Institute for Regenerative Medicine, зам. редактора журнала “Регенеративная медицина”. Против не в том смысле, что “деталь” человека, напечатанная на 3D принтере -- плохо, а в том, что это тупиковый путь, временное решение. Такое, как правило, не работает.

С 1990-х растет энтузиазм вокруг искусственных органов. Тканевые инженеры создают все более впечатляющие прототипы, придумывают трюки, как обмануть иммунную систему. Но профессор отмечает, почти все так и остаются демонстрациями, не уходя в медицину.

Главная причина: орган состоит из разных типов клеток, он должен быть пронизан сетью сосудов, нервных и лимфатических путей. Каждая клетка должна поверить, что она часть организма -- ей нужны правильная кислотность, механическое напряжение, концентрация кислорода, сигнальные молекулы, связи с другими клетками. Вы не можете это просто напечатать. Не говоря уже об иммунной системе -- она считает искусственный орган инородным телом, и атакует его. Тогда вам нужно либо постоянно её дурачить (что сложно), либо подавлять.

Где же выход?

Обратиться к ресурсам самого организма. Тот же аксолотль легко может отрастить заново лапу, даже часть мозга. Человек не может, но инструкции по созданию любой части тела у него есть, они “записаны в генах”. Профессор говорит: вместо того, чтобы прятаться от иммунной системы или бороться с ней, мы должны использовать ее силу. Лучшая стратегия -- не создавать детали и заплатки, а найти те сигналы, что управляют регенерацией.

Тканевая инженерия будущего выглядит так: делаем “заготовку” органа, помещаем его в тело и подаем команду. Используем организм как биореактор -- он делает основную работу.

Автор идет не в ногу с теми, кто любит фокусы типа “на 3D принтере напечатали ухо”. Кто видит ключ к успеху в развитии технологий: вот слепили “орган”, он быстро деградирует, отторгается, но мы доведем его до ума, сделаем биосовместимым. Ведь прогресс не остановить, будут новые материалы, новые решения. Тут не поспоришь, однако это -- парадоксально -- взгляд из прошлого, подход ХХ века. Правда за профессором.

Медицина будет уходить от грубой механики, все больше станет искать вдохновение в резервах самого организма. Здесь та же линия, о чем я писал по случаю сделки Google и GlaxoSmithKline. Повторюсь, идея глубже, чем вопрос “как заменить почку”. Речь о том, чтобы мыслить как биологи, а не как инженеры (хотя и это бывает полезно). Или еще шире -- изменить “объект” на “субъект”.

Тканевая инженерия, электроника, импланты -- будут развиваться, причем бурно и успешно. Мы станем киборгами, о чем я и сам писап. Но это будет связано больше с усилением, расширением наших возможностей, взаимодействием с техносредой. То, что умеет организм, лучше отдать ему, не делать его работу. По кр. мере до тех пор, пока мы от организма не откажемся (во что я в обозримом будущем не верю).

Perspective: Work with, not against, biology --Nature (08 December 2016)
homuncul

Неожиданный д.м.н.

Вчера на съезде "Нейронет" случился занятный эпизод.

Брюховецкий Андрей Степанович, генеральный директор клиники "Нейровита"

Доктор медицинских наук, профессор, невролог. Руководитель центра биомедицинских технологий ФГБУ Федеральный научно-клинический центр специализированных видов медицинской помощи и медицинских технологий Федерального медико-биологического агенства России. Вице-президент международной ассоциации нейрореставрологии, член Европейского неврологического общества.

Всколыхнул собрание.

14853063_857131207755904_5676224329792437735_o[1].jpg

Говорили, конечно, о нейротехнологиях: что достигнуто в мире, как угнаться и что мы можем уже сейчас. Участник команды Cybathlon от России, инвалид, с помощью 8-канальной ЭЭГ (шапочка на голову) провел мультяшного человечка по дистанции -- показал то, что он делал на состязании в Цюрихе. Там он на несколько секунд отстал от победителя и был вторым.

Затем были впечатления от Cybathlon, детали подготовки, планы на будущее. Надо усложнять задачи, переходить на сухие электроды. И так далее. Встает Брюховецкий и к разработчику:

-- Скажите, а какое отношение ваше устройство имеет к нейроинтерфейсам?.. Вы снимаете информацию не с мозга, а с мышц головы. Какое отношение к мозгу это имеет?

В зале замешательство. Невролог поведал историю о мокрой тряпке, с которой снимали ЭЭГ, и несколько специалистов бились над диагнозом "пациента". Затем продолжил:

-- Вы выдаете желаемое за действительное, вы снимаете потенциалы мышц. ЭЭГ без экспертизы использовать сегодня нельзя, потому что толку от нее никакого нет. Мы единственное, что можем показать -- это судорожную активность.
Ответные заверения в том, что артефакты от сигнала отличать мы умеем, не дали эффекта.

-- Поверьте, вы делаете то, что кажется вам важным, но на самом деле это не нейроинтерфейс. У вас нет информации о мозге. Вы создали красивую игрушку, которая реагирует на какие-то мышцы. Я занимаюсь этой проблемой вместе с Эндрю Шварцем из Питтсбурга и понимаю, о чем я говорю. Надо называть вещи своими именами, это не нейроинтерфейс.

Передаю дословно.

Collapse )
homuncul

Запретные исследования

В MIT прошла мини-конференция по запретным исследованиям.
Она так и называлась: Forbidden Research, вот программа. Вот видеозапись.

Несколько раундов обсуждений (панелей) по разным темам. Защита информации, редактирование геномов, направленное изменение климата, ислам и безопасность, хакеры культуры и этики, сексуальные отклонения в VR.

З
анятный состав спикеров. Тут и Кори Доктроу, и Джорж Черч, и Эдвард Сноуден, и Джой Ито (директор MIT Media Lab) и даже Александра Элбакян (Sci-Hub).

Почему запретные? Потому что ряд исследований подпадают под ограничения, правовые либо моральные, и их трудно пробить. Но они могут дать сведения, которые нужны обществу. Эту мысль и взялись отстоять участники конференции.

Самой смелой или, по крайней мере, провокативной была тема: Sexual deviance: can technology protect our children?
Речь о том, что роботы всё больше станут походить на людей. Наша психика начнет наделять их “жизнью”. Из этого целый клубок следствий, меняющих нормы поведения. В том числе: роботы как секс-партнеры. Влюбленность, ревность, извращения.

1.jpg

Следом очевидный шаг -- секс-роботы могут иметь внешность ребенка. Как мы должны отнестись к этому? Что предпринять?

Можно ли надеяться, что роботы “примут на себя” агрессию педофилов и тем самым спасут реальных детей? Либо напротив, это детабуирует практику, послужит ей подкреплением и затронет детей еще сильнее?

2.jpg

У науки нет ответа. И его нельзя узнать без исследований -- скажем, в виртуальной среде (VR), как предлагает Kate Darling. Взаимотношения людей с роботами гораздо шире этой узкой темы, но именно её изучить труднее всего. По понятным причинам. Обратил внимание, что всё это перекликается с моим постом 2013 г. про издевательства людей над роботами.

Еще одна панель -- барьеры на пути распространения знаний. На связи Александра Элбакян, которой мы все обязаны Sci-Hub.

3.jpg

Жизнерадостная девушка с плохим английским, которая не может посетить Европу или США, поскольку считается “пиратом”. Приятно удивили как её готовность идти до конца (верит, что paywall обречен), так и аплодисменты зала: её действия illegal, но публика в MIT поддержала.

Выбор тем программы может казаться неполным и произвольным. Но здесь важен сам факт конференции. Я бы смотрел на это как на симптом. Ученые заговорили открыто: нужны перемены.

Наука может больше, чем общество готово ей позволить. Так было всегда, но сейчас, похоже, барьеры останавливают само развитие науки. Ряд вещей просто нельзя изучать. И эти вещи ключевые для общества: технология рождает вызовы, с которыми мы столкнемся уже скоро.

Проблема в том, что правила, по которым мы живем, регулируют мир 1990-х без всеохватного интернета 24/7, социальных сетей и технологий блокчейн. Без редактирования ДНК и синтеза организмов, доступного любителю. Без умных роботов, массовой безработицы и виртуальной реальности. Чтобы смягчить посадку в мир 2030-х (а он будет сильно другим), наука должна быть на шаг впереди. Она к тому времени уже должна знать ответы.

Сейчас технология все больше опережает знание. Это угроза. Лучше наоборот.

Думаю, к конференции так и стоит относиться: дискуссия открыта. Наверняка продолжится, вовлечет больше экспертов. И не так важны их ответы, как поставленные вопросы. Инициатором стала известная MIT Media Lab -- лишнее подтверждение, что там мыслят вдолгую.
homuncul

Копающийся в мозгах

В мае была громкая новость: механическая рука угадывает желания человека, получая сигналы от мозга. Статья вышла в Science (вот она), об этом везде писали. Продвижение достойное. Если у Донахью и Шварца протезы подключены к моторной коре пациенток, то в Калифонийском технологическом пошли другим путем вживили электродную матрицу в заднюю теменную область. Там, как полагают, рождаются двигательные намерения. Идея сработала. Парализованный смог управлять роботизированной конечностью, и ему достаточно было пожелать взять предмет. Всю работу робот выполнял сам, не требуя подробных команд типа «вперед-влево-вправо». Такое сценарное управление имеет свои минусы, но тут важен факт. Человеку достаточно вызвать желание и определить цель.

Вчера профессор Charles Liu, который делал имплантацию (на фото в халате), внезапно оказался в Москве. Это один из лучших нейрохирургов в США. Он рассказал, конечно, об эксперименте, но важнее были другие истории.



Liu приехал в рамках возникающего сотрудничества Caltech и USC с нашими специалистами. Александр Каплан воодушевленно поведал про совместный проект на платформе инвазивных нейроинтерфейсов, что в нынешних политических реалиях – почти чудо. В проект со стороны РФ вовлечены как минимум МГУ, НИИ нейрохирургии имени Н. Н. Бурденко, а также ИППИ (его директор дал понять, что институт займется распознаванием данных). По некоторым признакам, затевается интересное дело.

В ходе доклада Liu на отдельном слайде показал статью про электрические поля в мозге Ephaptic coupling to endogenous electric field activity: why bother? и призвал обратить внимание на физику мозга. Учитывая мой предыдущий пост, вечер удался. Также он подтвердил, что будущее нейромедицины за модуляцией (а не за лекарставами) – вывод, который уже ясен всем, кто регулярно следит за происходящим в этой области.



Он рассказал о планах создать нейрочип, который в ответ на патологическую активность нейронов дает импульсацию и так гасит эпилепсию. Идея витает в воздухе, этим заняты уже несколько команд, включая DARPA. Кроме того, он упомянул проект, который намерен сделать с Theodore W. Berger (тем самым, что протезирует гиппокамп). Это будет имплантируемая матрица, восстанавливающая функцию памяти. Тут важно, что технологии достигли уровня, когда такое становится возможным (см. также: Почему киборгизация неизбежна?)

Отмечу его характерное замечание: он сказал, что возможность осязать через протез не менее важна для больного, чем умение брать предметы. И еще не известно, что тот предпочтет, если поставить его перед выбором. Впрочем, ставить уже не придется.

Фото и видео по эксперименту с нейропротезом руки: vis.caltech.edu/media
homuncul

Нейроинтерфейсы: продолжать движение

В поисках хороших новостей обращайтесь к науке. Наука не подведет. Два года назад, если кто помнит, журнал Science одним из десяти научных прорывов признал успех группы Эндрю Шварца из Питтсбурга: парализованная женщина силой мысли управляла механической рукой [видео].

/

Она лежала поодаль от "руки", в голову были вживлены 192 электрода, сигналы от них шли в компьютер и после обработки попадали в контроллер протеза. У протеза имелась кисть, которая открывалась-закрывалась, запястье поворачивалось – женщина научилась движениям с семью степенями свободы. Это впечатляло. Пациентка могла взять банку с колой, поднести ее и выпить, а затем поставить пустую банку на место. Тут сложность в том, чтобы верно подвести кисть в нужное место, взять предмет и, не выронив, отправить его по нужной траектории, то есть к себе. На все – 192 сигнала.

Однако спустя два года выяснилось, что это не предел. Теперь эта женщина контролирует движения уже с десятью степенями свободы. Те же электроды, тот же протез, а репертуар и точность движений возросли. Теперь она может, например, не просто открыть или сомкнуть ладонь, но и отвести большой палец. Мозг продолжал учиться и адаптироваться к новой конечности. Алгоритмы извлечения сигналов стали эффективнее. Пациентка тренировалась, используя виртуальную реальность – управляла анимированной рукой.

То ли еще будет. Разработка матриц с десятками тысяч электродов даст контроль не над конечностью, а над искусственным телом. Аватары будут двигаться не хуже людей, а затем и лучше – вариативнее, точнее, стремительнее (робот от Boston Dynamics уже скачет галопом). Мы сейчас свидетели детства технологии, она еще кажется неуклюжей и громоздкой. Но это продлится недолго. Пока же можно посмотреть и запомнить, как все начиналось.




B Wodlinger et al 2015 -- Ten-dimensional anthropomorphic arm control in a human brain−machine interface: difficulties, solutions, and limitations -- Journal of Neural Engineering [Full Text]
homuncul

Чудо через два дня

Послезавтра стартует Кубок мира. Я не призываю вас смотреть футбол – кому интересно, знает и без меня. Рискну предположить, что вас совсем не трогает факт отсутствия на чемпионате Насрú и Мандандá. Однако церемонию открытия (заключительный ее фрагмент) взглянуть настоятельно рекомендую. Именно тогда произойдет необычное: впервые будет продемонстрирован экзоскелет, управляемый сигналами мозга человека.

Как это будет. На поле выкатят в инвалидных креслах восемь парализованных людей. Один из них встанет, подойдет к мячу и ударит по нему ногой. Что возвестит о начале турнира. Двигать конечностями будет экзоскелет, но команды ему пойдут прямиком от мозга. Человек должен мысленно представлять, как он встаёт, шагает и бьет по мячу. Снимаемая электроэнцефалограмма будет тут же передаваться в процессор, связанный с механической частью. Гибрид человека и машины впервые сделает полноценные шаги. Это вполне можно считать историческим событием почти такой же значимости, как шаги Армстронга на Луне. Научные и технологические усилия за этим стоят колоссальные. Не случайно человечество приблизилось к данной задаче только сейчас.

Правда и то, что организаторы серьезно рискуют. Если сигнал не считается правильно, человек может остановиться либо вообще упасть. Вся затея вылилась в довольно драматическую историю, главный герой которой – Мигель Николелис, знакомый некоторым читателям по постам в данном журнале. Профессор Университета Дюка, гений нейроинтерфейса. И один из тех, кто меняет мир.


Cоздатель и его детище.

Идея экзоскелета будоражила его давно, с тех самых пор, когда обезьяна в его американской лаборатории управляла шагающим роботом, находящимся в Японии. В голове обезьяны торчало несколько электродов, она шла по беговой дорожке, а считываемые сигналы мгновенно передавались по интернету японцам. С минимальной задержкой на экране все могли видеть (в том числе и обезьяна), как робот воспроизводит ее движения. Николелис понял, что наблюдает первые шаги в новую эру, где парализованные обретут возможность ходить.

Помимо прочего, он бразилец. А тут совпало – объявили, что ЧМ-2014 пройдет на его родине. Так возник проект Walk Again, финансируемый правительством Бразилии. И идея показать первый работающий прототип на весь мир, в день открытия. Однако правительство пожелало, чтобы технология не была инвазивной. Николелису пришлось принять сложное и рискованное решение: сигналы будут считываться с помощью ЭЭГ. Он никогда не использовал электроэнцефалограмму в экспериментах (ЭЭГ – гораздо менее точный метод), он всю жизнь вставлял электроды в мозг крыс и обезьян. Но деваться некуда, к тому же электроды требуют очень долгой предварительной работы (вживление, реабилитация, обучение, калибровка). А ощущение серьезного дедлайна возникло после того, как задержали сборку экзоскелетов. Он получил пару штук лишь в начале этого года. Так что Николелис сейчас поставил на кон свою профессиональную репутацию. Очень надеюсь, что у него все получится.

Экзоскелет уникален тем, что не просто пассивно реагирует на активность мозга. Он обладает обратной связью с человеком, подавая тактильный сигнал на его руку. В результате человек будет чувствовать давление ступней на поверхность и корректировать движение ног. Впрочем, лучше Николелис сам все расскажет и покажет:



Все эти дни в его бразильской лаборатории не прекращаются испытания. Он говорит, что уже удалось получить массу ценной информации. Так что в любом случае усилия не пропали даром. А ударит ли парализованный человек по мячу, мы узнаем 12-го июня.

Update. Судя по тому, что в трансляции этому уделили одну секунду, задуманное полностью осуществить не удалось. В последний момент решили не делать шагов и сократили до одного движения .. Подожду комментариев Николелиса. Но по сути - фейл и разочарование.