Последние годы фейковые (лживые) научные факты об очередных научных прорывах западных ученых стали так же обычны, как и фейковые новости в современной международной политике и экономике. Однако глубокий и системный анализ этой информации может дать определенные и достаточно реальные представления о существующем положении дел в этом направлении. Давайте попробуем в этом море научных и псевдонаучных фактов выявить основных научных лидеров-теоретиков в современной нейроинженерии и определить ведущих практиков-нейроинженеров, которые реально или фиктивно определяют современные достижения этих наук и их будущее. Давайте также попытаемся понять, что есть реальность, а что есть вымысел из представленного калейдоскопа сенсационных научных фактов, обнаруженных нами на просторах страниц научных журналов, средств массовой информации и интернета. Какие нейротехнологии сегодня применяет современная нейроинженерия и что ее ждет в недалеком будущем? Ведь будущее рождается сегодня, и его надо только суметь разглядеть в этом море проходящей и зачастую абсолютно пустой информации.
Очень важно понять, какие научные теории и какое методологическое и теоретическое обоснование лежат в основе разрабатываемых нейротехнологий, зачем это делается и кто «заказывает музыку» в разработке этих направлений научного прогресса. Остановимся на основных нейротехнологиях и фундаментальных нейроисследованиях, определяющих современный биотехнологический ландшафт мировой нейроинженерии и нейротехнологий.
Нейротехнологии интерфейса «мозг компьютер» (нейроинтерфейс). Одной из самых востребованных, самых актуальных и глобально разрабатываемых в мире нейротехнологий в современной нейроинженерии являются технологии взаимодействия «мозг компьютер», их другое название технологии нейроинтерфейса (Hosman et al., 2019; Vilela, Hochberg, 2020). Вокруг этой научной тематики нейроинженерии сегодня накопилось очень много всего необычного, почти фантастичных фактов. Ситуация вокруг этих нейротехнологий активно «подогревается» выходом в свет ряда научно-фантастических, документальных и художественных фильмов, типа «Матрицы», где возможности этих технологий поражают воображение обычного человека и даже нейроученого. Технология нейроинтерфейса, в недалеком приближении, предполагает возможность установления устойчивой информационной (прямой и обратной) связи между компьютером и головным мозгом человека. На первый взгляд это довольно просто, но на самом деле это информационное взаимодействие не удалось пока осуществить никому, и ниже мы это попытаемся показать на примерах.
Пионером реального создания научно-практической технологии нейроинтерфейса у человека считается Джон Донохью (Dr. John Donoghue) (рис. 1). Этот нейроученый из Brown University из Providence (Rhode Island) имплантировал нейроинтерфейс впервые в мире пациенту-спинальнику Мэтью Найджелу (Matthew Nagel), получившему ножевое ранение спинного мозга в 2001 г. Он осуществил имплантацию нейроинтерфейсной системы BrainGate Neural Interface system. В результате этого сложнейшего нейрохирургического вмешательства на человеке всему миру была продемонстрирована реальная возможность «управления мыслью» автоматизированного и роботизированного устройства (цитата). Эти сенсационные данные были опубликованы 13 июля 2006 г. во всемирно известном научном журнале Nature 442 на с. 164171. Эта «научная сенсация» вызвала взрыв интереса к этой тематике в научной общественности и огромный научный резонанс среди ученых и привела к открытию многомиллионного финансирования подобных исследований в США и Европе. Пресса ликовала, были показаны фотографии «революционного прорыва» в нейронауках (рис. 2). Джон Донохью стал мировой научной знаменитостью. Но что же дальше? Что дал человечеству этот уникальный и очень опасный эксперимент на инвалиде-спинальнике? Что дал этот эксперимент самому пациенту? Давайте посмотрим на результат этого научного прорыва через годы после этой новаторской операции!
С момента публикации этого фантастического научного факта до сегодняшнего дня уже прошло более 15 лет, и что же мы знаем про этот выдающийся эксперимент сегодня? Да ничего кроме того, что он был пионерским и «первым в мире нейроинтерфейсом», выполненным на человеке! Мы полагаем, что никакого реального нейроинтерфейса осуществлено не было! Очевидно, что была выполнена достаточно бесполезная и достаточно опасная операция на мозге человека без конкретного конечного результата. Была получена «сенсация века», и был удовлетворен научный интерес отдельного ученого, и не более того. Где практическая реализация этого «революционного мирового открытия» в современных нейронауках? Ее так и не представлено! К сожалению, в открытых источниках мы не можем найти публикаций об отдаленном результате клинического применения столь фантастического открытия в нейронауках, сделанного более 15 лет назад. Да и был ли установлен нейроинтерфейс между мозгом пациента и компьютером, сегодня представляется достаточно сомнительным. При этом был очевиден «революционный посыл» первого прецедента создания нейроинтерфейса на людях. Был сделан первый эксперимент на человеке, который ничего не дал, а лишь показал нашу несостоятельность перед решением этой проблемы на тот период развития науки и технической мысли. Скольким инвалидам-спинальникам была дана надежда на возможность исцеления и улучшения качества своей жизни? Таких данных нет. Но и реального результата эксперимента пока нет, а сенсация оказалась фейковой и искусственно раздутой прессой и самими разработчиками.
Чем же сегодня занимаются «пионер нейронаук» и «создатель нейроинтерфейса» нейроученый John Donoghue и его коллектив ученых? Вот как описываются сегодняшние (начало 2021) достижения и результаты этих ученых на сайте Института исследований мозга Карни Университета Брауна: «Работая на переднем крае нейроинженерии и нейротехнологий, исследователи из Института исследований мозга Карни делают огромные успехи в разработке и развертывании устройств, которые взаимодействуют с мозгом, чтобы лучше понять работу мозга и помочь людям с параличом и другими расстройствами нервной системы. Истоки нейроинженерии в Университете Брауна лежат в проекте, известном как BrainGate. Основываясь на ранних фундаментальных исследованиях, проведенных в лаборатории директора основателя Института Карни Джона Донохью о том, как мозг контролирует движение, группа исследователей, выходящих за рамки границ областей исследования, создала и протестировала систему интерфейса мозг компьютер, которая обещает восстановить функции и независимость для лиц с параличом». То есть и через 15 лет после их сенсации эта технология все еще обещает что-то восстановить у парализованного пациента. При этом исследователи под руководством Джона Донохью опубликовали большое количество фундаментальных исследований на эту тему (Ajiboye et al., 2017; Vargas-Irwin et al., 2018; Milekovic et al., 2018; Eichenlaub et al., 2020; Willett et al., 2020), но реальных результатов разработанного ими нейроинтерфейса так и нет.
Почему столь громко разрекламированный и столь сенсационный для всего мира эксперимент на человеке проф. John Donoghue и его коллег не имеет логического продолжения в клинике и на практике уже столько лет? Оказалось, что все не так просто с этими нейроинтерфейсами. Возможно, что причиной неудач являются ошибки в теории и методологии понимания информационного устройства головного мозга человека и млекопитающих, что не позволяют решить столь необходимую задачу присоединения живого мозга к неживому компьютеру.
Другим из самых известных и самых продвинутых специалистов в области нейроинтерфейсов является американец венгерского происхождения Эндрю Шварц (Andrew Shwarz) (рис. 3). В рамках специального проекта DARPA Министерства обороны США Э. Шварц ведет разработку имплантируемого интерфейса «мозг компьютер» с объемом финансирования в 500 млн долл. США. Программа шла 5 лет на обезьянах и уже несколько лет идет на людях (рис. 4). Основной принцип информационного подключения к мозгу человека эта команда пытается осуществить путем имплантации в кору головного мозга решетки из микроэлектродов и попытки снятия внутримозгового сигнала из нервной ткани и создания роботизированного устройства самообслуживания инвалида и программного обеспечения для него путем управления его мыслями (рис. 5).
По данным этой команды разработчиков, им удалось «зарегистрировать моторный внутримозговой сигнал» с прецентральной извилины головного мозга, куда была имплантирована решетка микроэлектродов. Более того, полученный управляющий сигнал удалось не только зарегистрировать в моторных центрах коры головного мозга, но и «послать его обратно». Исследователи из Питтсбурга (США) пришли к выводу, что мыслительными командами пациент-инвалид якобы способен управлять самостоятельно «силой мысли» и выполнять простые моторные действия роботизированным устройством после небольшого периода обучения. Проф. Andrew Shwarz, очень увлеченный и талантливый ученый-нейробиолог, человек, который верит в то, что он делает, но реальных результатов он также не может представить, и это, на наш взгляд, связано не с только с проблемой нейрофизиологии и нейробиологии, сколько с устаревшей методологией оценки информационной составляющей работы мозга во всем мировом научном процессе нейронаук и с крайне сложным и высокотехнологичным математическим и компьютерным обеспечением подобной работы. Нам показалось, что уникальное математическое программное обеспечение этих исследований в лаборатории проф. Эндрю Шварца значительно превосходит современные познания и научные представления в понимании нейрофизиологии работы мозга человека, и оно само доделывает и додумывает то, что головной мозг неспособен предоставить для обработки и анализа. В целом работа математиков и программистов этой группы достойна уважения и восхищения!
Главная методологическая ошибка проф. Эндрю Шварца, на наш субьективный взгляд, заключается в его устаревших теоретических нейрофизиологических представлениях об устройстве мозга человека и в неверных информационных принципах его работы. Он преимущественно опирается на теоретические данные русских нейроученых начала XX в., которые были, несомненно, революционными в свое время (конец XIX начало XX в.), но сегодня их теоретические воззрения больше тормозят научный прогресс, чем его ускоряют. Даже будучи патриотом своей страны (России), надо признать, что отсутствие новой информационной теории устройства мозга и информационных принципов его деятельности стали основной причиной научного тупика в проблеме нейроинтерфейса! Однако свои неудачи в создании полноценного интерфейса эти исследователи видят в проблеме недостаточного качества и количества микроэлектродов и в несовершенстве программного обеспечения их компьютеров. Но это абсолютно не так! На самом деле проблема их лежит в ошибках методологии и устаревших теоретических научных представлениях об устройстве мозга человека и в непонимании информационно-коммутационных принципов функционирования головного мозга.
Рис. 1. Нейроученый проф. Джон Донохью (prof. John Donoghue), пионер в области нейроинженерии и разработчик и создатель первого интерфейса «человеческий мозг компьютер»
Рис. 2. Пионерские исследования нейроученого Джона Донохью
по разработке и созданию системы нейроинтерфейса на человеке
Рис. 3. Руководитель специального нейропроекта DARPA Министерства обороны США, нейробиолог Питтсбургского университета (США)
проф. Эндрю Шварц
Рис. 4. В рамках специального проекта DARPA Министерства обороны США идет разработка интерфейса «мозг компьютер», идеологом которой является американец венгерского происхождения Эндрю Шварц. Программа шла 5 лет на обезьянах и уже 4 года идет на людях
Рис. 5. Научное понимание группы проф. Эндрю Шварца о принципах снятия и регистрации полученной от мозга информации, а также локализация электродов в мозге исследуемого человека
Мы преклоняемся перед тем колоссальным объемом экспериментальных научных исследований, которые сделала команда проф. Andrew Shwarz и лично он сам. Но, на наш взгляд, сама идея имплантации в мозг любого инородного тела с целью считывания с его нервной ткани информации представляется ошибочной и порочной в принципе. Проиллюстрируем ее ошибочность на бытовой аналогии. Давайте сравним головной мозг человека с коммутатором на современной автоматизированной телефонной станции (АТС). В нем, как и на современной АТС, идет коммутация поступающей информации и ее маршрутизация абонентам. Если вы придете к коммутатору на телефонной станции и вставите в него два лома, к ним присоедините наушники и попытаетесь прослушать телефонные разговоры, то у вас ничего не выйдет. И это очевидно! Так ведь и с головным мозгом аналогичная ситуация! Вы берете и вставляете грубые инородные тела в нервную ткань «коммутатор и маршрутизатор» информации в голове человека и убеждены, что сможете контролировать и регистрировать все процессы мыслительной деятельности, которые якобы происходят в ней и в коре головного мозга. Но это явно не так. Более того, нейрохирургам и неврологам хорошо известно, что нервная ткань мозга всегда отторгнет любое инородное тело, имплантированное в него, путем формирования ликворной кисты или рубца, а также путем формирования атрофии нервной ткани. В итоге вам нужно будет менять локализацию электродов, при этом разрушая в новом месте здоровую нервную ткань головного или спинного мозга млекопитающего или человека. Удивительно, но проф. Эндрю Шварц это прекрасно осознает и понимает, но он убежден, что вся проблема исключительно в количестве и в размерах электродов и биосовместимых материалов, из которых они сделаны.
Подобные работы в этом направлении проводят другие исследователи (Reid R. еt al., 2007). Результаты своей работы они опубликовали в статье A Low-Power Integrated Circuit for a Wireless 100-Electrode Neural Recording System в журнале Ieee Journal of Solid-state Circuits (Jan. 2007. Vol. 42, 1), в которой они также представили свой микроэлектродный инструментарий и нейральный микрочип для создания нейроинтерфейса (рис. 6).
Другой, не менее интересный ученый, работающий в области нейроинтерфейса в нейроинженерии, доктор Барклей Моррисон (Dr. Barclay Morrison) (рис. 7) и его команда заслуживают пристального внимания. Они занимаются инновационной разработкой в современной нейробиоинженерии, сущностью которой является создание взаимодействия между мозгом и компьютером путем подключения к мозгу с помощью нанотрубок (medforce.runanotexnologii-v-medicine/).
Рис. 6. 4,7- и 5,9-миллиметровые интегрированные чипы
нейронного интерфейса (INI2)
Рис. 7. Проф. Колумбийского университета Барклей Моррисон
(Dr. Barclay Morrison), разработчик нейроинтерфейса на нанотрубках