Наука

11 февраля 2014, 20:43

Ученый: Наш мозг можно заменить большой комнатой, набитой компьютерами

В МИЭТ прошла лекция "Как соединить мозг с компьютером?"

В Национальном исследовательском университете МИЭТ прошла лекция "Как соединить мозг с компьютером". На ней преподаватель Иван Бобринецкий рассказал, как аппараты искусственного слуха и зрения передают сигналы мозгу, и познакомил слушателей с проблемами и перспективами совместного направления медицины и электроники, позволяющего осуществлять подобную коммуникацию компьютера и человеческого мозга. Сетевое издание M24.ru приводит полную текстовую версию лекции.

- Тема доклада представлена на слайде. Я хотел бы начать с опроса слушателей. Вы все, наверное, тему изначально знали, подготовились, что-то изучали. Вопрос такой: что такое мозг? В частности, для чего он нужен животным? Не будем говорить о человеке. Кто знает, для чего нужен мозг, согласно учению эволюции? Если на биологии все еще проходят эволюцию…

Так, есть мнение. Кто-то проходил биологию. Это 10-й класс, когда изучают высшую нервную деятельность человека. Итак, мозг. Кто не проходил, у вас есть соображалка, для чего нужен мозг? Для животного. У кого-то есть хомячок, рыбки - у них же тоже мозг есть, так? Ну вот, хорошие слова – поведение. Не буду тогда вас мучить.

На прошлой лекции, если кто приходил, мы говорили о сенсорах. На самом деле, как учит эволюционная теория, в простом виде мозг, центральная нервная система появилась для того, чтобы отслеживать и измерять сигналы, получаемые от всех наших внешних сенсоров – наших органов чувств.

Как вы знаете, у простейших элементов, таких как амебы и т.д., не существует центрального мозга, просто существуют нервные клетки. Даже у мухи, по сути, существует нервный узел, от которого она получает основные сигналы от внешней среды – свет, раздражение, холод и т.д. В соответствии с ними моделируется поведение человека или той же самой мухи. Либо она бежит, либо летит на еду, либо бежит от света в тень, в холод, в тепло и т.д.

С этой точки зрения сегодня мы и будем говорить о мозге как об органе, который получает информацию от внешних раздражителей, от сенсоров, обрабатывает ее, и моделирует наше поведение.

Кстати, насчет вопросов. Мне кажется, многие, наоборот, думают, как отсоединить мозг от компьютера. Мы знаем, что половина из нас уже давно сидит "в компьютерах", в телефонах. Я прохожу мимо кафе, у меня там друзья – мальчик, девочка – сидят за столом, и каждый смотрит в свой ноутбук, телефон. Наверное, общаются друг с другом так, уже посредством компьютера, а не лично. Поэтому начнем с второго предмета.

Компьютер. У нас институт электронной техники, мы этим занимаемся, сколько лет существует институт – 55... Сам компьютер, история возникновения компьютера в виде интегральной схемы, - 60 лет. Всего лишь 60 лет – 1959 год – первая созданная интегральная схема (за рубежом, конечно). Мы быстро подхватили, в России все это начали производить – заводы, институт, кадры. За 60 лет произошла примерно в таком виде эволюция взаимоотношений между человеком и компьютером.

Конечно, первые компьютеры были сложны чрезвычайно. Требовалось не одно высшее образование, чтобы их вообще создать, разобраться. Сейчас двухлетний ребенок моих знакомых еще не умеет говорить, еле ходит, но быстро загружает мультики, машины на своем планшете, чтобы их просмотреть. И последнее достижение – все уже рекламу видели – это опять же идет интеграция человека и машины, когда виртуальная реальность становится неотделимой от реальности, окружающей нас. Соответственно, мы понимаем, что компьютеры уже полностью вошли в нашу жизнь. Я даже не представляю, чего будет ожидать этот двухлетний ребенок, который сейчас, не умея говорить, идеально работает с компьютером, от той компьютерной техники, которая будет ждать его через 20 лет.

Итак, взаимодействие с компьютером. Как мы взаимодействуем? Здесь все очевидно и просто. У всех сейчас есть планшеты, ноутбуки, телефоны и т.д. Первый способ взаимодействия – я веду речь о мозге как системе обработки информации, которая поступает от наших внешних раздражителей через наши органы чувств... Опять же, мы с вами взаимодействуем с миром через те же самые раздражители. И так же для компьютера - на протяжении более чем 20-30 лет основной метод взаимодействия вас и компьютера был, конечно, метод тактильный, когда мы вбивали на клавиатуре какую-то информацию, тем самым передавая свои желания, вопросы системе электронно-вычислительной машины.

Эволюция технологий идет и развивается. Сейчас большинство планшетов не имеет даже такого понятия, как клавиатура. У нас идет емкостное взаимодействие, т.е. когда вы ведете пальцем по монитору, в большинстве случаев это емкостная связь. В мониторе есть конденсатор, который чувствует ваше электрическое поле, оно отличается от внешней среды, и в соответствии с этим вы вводите информацию в компьютер. Это я назвал полевое взаимодействие.

Дальше речь пойдет об электрохимическом взаимодействии – это более сложное взаимодействие, где наши химические процессы… О мозге, о его функциях я буду рассказывать лишь постольку, поскольку будет необходимо. Опять же, если вы изучали биологию, понимаете, что все процессы в живом организме – в основном химические, даже все наши реакции. Укалываем палец иголкой - происходит давление, давление оказывается на нерв, в нерве происходит химическая реакция, химическая реакция генерирует ионы, ионы бегут по нервным каналам, поступают в мозг, мозг обрабатывает информацию как чужеродное давление на ваш палец. Это коротко я рассказал всю нервную систему человека.

Итак, химическое взаимодействие. Компьютеры, как мы понимаем или не понимаем, работают от розетки, т.е. от электричества. Все сигналы, которые происходят в них, обработка информации - это сугубо электрический сигнал. Носителем электричества что является? Какой заряд? Правильно, электрон. Т.е. все работает на электронах. Уже есть такая проблема - она озвучена сегодня, и мы о ней будем говорить: человек работает на ионах, а компьютер работает на электронах.

Посмотрите, на третьей картинке представлен ушной имплант, сейчас мы его рассмотрим как один из примеров взаимодействия человека и компьютера. Итак, зачем соединять человека и компьютер? Все фантастические фильмы смотрели и т.д. На самом деле, у науки стоит несколько задач, они здесь озвучены в виде четырех пунктов. Конечно, в первую очередь это биология/медицина в плане восстановления. Восстановления тех самых утраченных нами сенсорных возможностей, утраченных органов чувств, либо просто чувствительности. Конечно, безопасность и жизнеобеспечение, когда требуется удаленная работа и управление компьютерной системой удаленно. И совершенно новое направление, оно очень интересно в нашей области (это тема на будущие лекции) – понимание работы мозга, взаимодействие с мозгом. Изучение основных его принципов позволяет ученым строить новые системы обработки информации, об этом я скажу ниже.

Итак. Первое. Биология. Биология – основное направление, которое мы ведем в научных исследованиях. В частности, разрабатываются в нашем университете исследования функций мозга. Я разочарую вас, если вы пришли сюда узнать, что такое мозг, как он действует, как работает сознание, – нет, сегодня вы об этом не узнаете. Сегодня до сих пор никто не знает об этом, но ведутся разработки. В том числе микроэлектроника, которой мы здесь занимаемся, позволяет продвинуться в изучении работы мозга.

Отмечу замечательный факт, что эволюция в понимании работы мозга эволюционировала вместе с развитием науки, которой занимался человек. Еще в XVI-XVII вв., когда у нас была в основном механистическая теория, работа мозга представлялась как взаимодействие и перетекание труб. Мозг рассматривался философами как система труб, в которых знания перетекают. Отсюда домыслы о том, что знания можно извлечь и перенести. Сейчас у нас эра электроники, компьютерных технологий, поэтому терминология тесно переплелась.

Поэтому мозг мы рассматриваем (хотя, я считаю, ошибочно) как систему компьютера. Процессор мы называем мозгом иногда, а память – так и есть. Человеческая память переносится – оперативная система или жесткий диск тоже называется "память" по аналогии с компьютером. Сейчас мозг в вашем понимании и понимании ученых, пока другой альтернативы нет, рассматривается как компьютерная система обработки информации. Хотя, я думаю, скорее всего, это не так, но мы должны к этому знанию прийти в конце концов.

Следующий этап – медицина. Здесь все гораздо интереснее. Уже есть прецеденты восстановления утраченных функций, в частности, знаменитая фраза "нервные клетки не восстанавливаются" уже неактуальна. Они восстанавливаются, это было показано в последние пять лет, в том числе в российских университетах, которые занимаются регенерацией тканей. Смысл в том, что мы можем, подавая электрический сигнал, подключив систему к разрыву нервной ткани, любой другой (в нашем эксперименте мы создавали соединительную ткань, т.е. кожные покровы), регенерировать нервные клетки, задав им вектор роста, тем самым восстановив функцию, утраченную человеком.

Как вы знаете, основная проблема, которая не решена до сих пор, - это утраченные функции спинного мозга, когда есть травмы. И мы знаем, что человек в этом случае становится инвалидом. Сейчас уже есть работы, которые позволяют надеяться, что в будущем мы сможем восстановить нервную ткань, соединив ее с собственными клетками, но при управлении внешней системы, потому что система должна контролировать рост ваших клеток.

Как я сказал, управление удаленное и жизнеобеспечение людей с ограниченными возможностями, в частности, с параличом либо отсутствием связи между мозгом и руками. Мы не будем говорить в сегодняшней лекции об этих системах. На голове у пациентки находится система из внешних электродов. По сути, данное направление уже известно, оно развивается, называется электроэнцефалография. На ее основе создан ряд фирм, в частности, наша зеленоградская известная фирма "Нейроботикс". Здесь все достаточно просто: когда мы снимаем потенциал коры вашего мозга с помощью мозга... Скорее всего, половина из вас проходила эту процедуру для изучения деятельности мозга в поликлиниках. На этой основе сейчас активно развивается направление, которое позволяет снимать активность разных участков головного мозга в зависимости от ваших желаний, программировать в соответствии с данным рисунком активности вашего головного мозга компьютер и тем самым обучить систему делать те или иные движения.

Последний опыт, который проводили в нашем институте на кафедре медицинских систем, - это управлением маленькой машинкой с помощью импульсов головного мозга через эту самую ЭЭГ-систему. Здесь все просто, все активно развивается, скорее всего, скоро будут продаваться в комплекте с планшетами эти шапочки, но мы не об этом будем говорить.

Один из вызовов человеку, который стоит в изучении мозга, - пытаться понять, как работает мозг, и воспроизвести это в электронной системе. Скажу одного слово – мемристор. Если вы знаете такие слова, как резистор, конденсатор, индуктивность, то это четвертый элемент. На уроках общей физики вам его не рассказывали, и не будут рассказывать. Этот элемент, который был обнаружен только в 2008 году, создан человеком. По сути, это элемент, который может повторить функцию нервной клетки.

Сейчас мы переходим непосредственно к тематике лекции. О нервных клетках, надеюсь, все знают: что они существуют, что это клетки, почти такие же, как арбуз. Вы их видели в оптический микроскоп на уроках биологии. Они еще обладают способностью передавать сигнал. Здесь представлено сравнение нервной клетки искусственного мемристора, соединение между клетками называется синапсом. Контакты между клетками, которые позволяют передавать им по цепочке информацию, собственно, от пальца в наш мозг через синапсы – это контакты между клетками.

Чтобы объяснить вам, зачем нужно изучать мозг, чтобы создавать новые типы компьютеров (не знаю, чувствуете вы или нет, когда играете дома в свои продвинутые игры), - конечно, мощности компьютеров не хватает. Они достигают своего критического предела на основе кремниевой технологии, которую производят заводы "Микрон", Intel. Она достигает своего предела. Последний чип, который сделали Intel Quark, - это уже предел технологии литографии. Возникает вопрос: какая альтернатива работы будущих компьютеров, которые должны активнее взаимодействовать с человеком, понимать все его желания без клавиатуры, без всего? Создание нейронных сетей искусственных и мемристоров является одной из альтернатив реализации нового типа компьютерных систем.

Переходим непосредственно к реализации биокомпьютерного интерфейса. Кто увлекается фантастикой, знает, что биологический объект с частями электронных систем называется кибернетический организм или киборг.
Согласно этому определению, в мире существует порядка сотни тысяч киборгов. Это люди, обладающие встроенными ушными имплантами. Я не могу сказать, проводятся такие операции в России или нет. Имитация слуха, нашего органа чувств, уже давно реализована. В компьютерной технике это называется микрофон, в который мы можем говорить, и записывается информация на компьютерный носитель, и мы можем дальше передать эту информацию, переслать другу и т.д.

Система очень простая. Микрофон – электронная система со встроенным обрабатывающим процессором – через провод порядка 0,1 толщины спички, т.е. примерно с иголку, непосредственно вводится ушную раковину пациента, где касается своим кончиком нервной клетки, которая находится в ушной раковине и передает информацию в мозг. Проблема в чем, почему так мало сейчас таких операций? Проблема в том, что, чтобы ввести этот микроэлектрод в ушную раковину, требуется просверлить череп примерно за ухом и ввести данный электрод на 10 см в голову. Операция очень сложная и дорогостоящая…

Мы говорим не только о нанотехнологии, об электронике, мы говорим также о робототехнике, в частности, это разработки, которые ведутся в мире, создание робототехнических платформ, которые непосредственно прикрепляются к черепной коробке и уже позволяют недрожащей рукой хирурга ввести сверло, лазером просверлить и ввести безболезненно для пациента. Область, о которой мы говорим, - широчайшая: математика, программирование, робототехника. Это мы увидим дальше. И, конечно, нанотехнология – создание новых материалов, новых интерфейсов, которые обеспечивают лучшую совместимость с биологией наших электронных систем.

Итак, данные система уже существуют, операции сложные, слух восстанавливается полностью.

Другое направление пока находится на стадии исследований. Давно существует альтернатива замены зрения в компьютерном мире - это, конечно, видеокамера. Все гонятся за тем, чтобы была повышенная пикселизация, матрица и т.д. Матрица обычно состоит из кремниевых датчиков, которые чувствительны к свету, свет переводится в электричество на кремниевой матрице и передается сигнал компьютерной системе, который дальше обрабатывается. Система, опять же, основана на электронике. Реализация идеи пока произведена за рубежом на мартышках – в глазное яблоко вставлять эту самую матрицу, которая находится в любом мобильном телефоне (размер может быть несколько миллиметров). Вводится внутрь глазного яблока на заднюю стенку, где должны быть колбочки, воспринимающие изображение, но по каким-то причинам не могут воспринимать. И все - дальше продолжается, как в ушном имплантате. Электрод от матрицы переносится в компьютерный процессор, который прикреплен к черепной коробке, от нее электрический сигнал преобразуются в электрохимический и передается уже непосредственно к нервным окончаниям в мозг. Т.е. мы сигнал переводим из электронной матрицы в компьютерную, дальше перекидываем сигнал в мозг.

Если вы хотели увидеть, как соединить мозг с компьютером, уже это реализуется в простейших медицинских назначениях. Основной проблемой, которой мы занимаемся в МИЭТе, остается проблема нейроинтерфейсов – то место, где нейрон соединяется с электродом, электрической системой. Что происходит при их соединении – этим исследованием как раз мы и занимаемся. Ответ известен уже более 20 лет. Называется мультиэлектродные матрицы. Это электроды, сформированные традиционными методами микроэлектронной технологии, т.е. теми же методами, которые формируют все ваши процессоры, электронные схемы в ноутбуках, компьютерах.

Вы видите здесь картинки. Электроды могут быть реализованы в различных системах – такая игольчатая решетка, которая вставляется в мозг, в тот участок, который отвечает либо за зрение, либо за слух, либо за поведение. Преимущество какое? Почему мы этим занимаемся в нашем университете электронной техники? Так как мы можем делать эту технологию микроэлектроники, мы можем одновременно встроить в эту систему все микросистемы и системы обработки информации. Мы можем сделать на маленьком чипе не только систему интеграции с мозгом, но и систему обработки информации, что, конечно, уменьшает необходимость тех самых, которые вы видели на предыдущих слайдах, огромных систем, которые прикрепляются к черепной коробке, и человек вынужден с ними жить все время для обработки информации.

Так выглядит мультиэлектродная матрица, над которой проводятся эксперименты ин-витро (вне живого организма). Все эксперименты, которые сейчас проводятся в мире с данного рода матрицей, - это в основном (90%) эксперименты с клетками, выделенными из мозга для лучшего изучения самого мозга – чтобы не влиять на живой организм, т.к. приходится при этом вскрывать черепную коробку, и более досконально изучать работу нервных клеток.

Для сравнения я привел процессор Intel Core i7. Аналогия - топографическая по крайней мере - существует, а это говорит о возможности применения микроэлектронных технологий для создания биокомпьютерных интерфейсов.
Уже существуют системы, которые позволяют организовывать контакт с мозгом. Цену их я примерно указал. Коротко расскажу о принципе действия. На процессоре с электродами мы выращиваем нервные клетки, имитируя тем самым деятельность мозга, далее сигналы с них с помощью микроэлектродов посылаются в процессорную систему, которая обрабатывает, выполняя роль электронного мозга, информацию и выдает нам в таком виде сигналы, потенциал действия, потенциал покоя у нервных клеток. Человек в спокойном состоянии имеет какие-то электрические поля, каждая клетка имеет электрическое поле, это электрическое поле покоя. При возбуждении, при получении какого-то внешнего сигнала мы начинаем генерировать ответные сигналы, это называется потенциал действия или электрический потенциал действия (если общую физику все проходили, знают, что такое потенциал). Потенциал действия – это заряд, деленный на емкость. Данные системы мы пытаемся реализовать в наших центрах. Здесь показана картинка того, что я озвучил.

Вот как выглядит примитивная система биокомпьютерного интерфейса, где компьютер пытается реализовать функцию живой мыши. От живого организма у нас есть в чашечке Петри на мульэлектродах выращенные нервные клетки головного мозга крысы. Это все, что есть от живого организма. Далее система подключается к внешнему генератору, который имулирует внешнее воздействие. По сути, мы тут проходим стадию укола пальца, засвечивания ярким солнцем, от чего мы начинаем щуриться, и сразу это переводим в электрический сигнал. Сигнал подается на нервные клетки, они запоминают этот сигнал, вырабатывают в соответствии с ним какие-то химически вещества, которые дают им понять, что этот сигнал либо плохой, либо хороший, и посылают обратный сигнал в компьютер, который говорит. В данном случае ученые пытались обучить компьютер на основе мозга выше бежать к сыру. Таким образом, сигнал подается на вход нашего системного блока компьютера, мы видим, как мышка либо бежит к сыру, либо бежит от него. Обратный сигнал посылается в генератор, который корректирует свое воздействие.
Вот простейшая система, реализующая биоэлектронный интерфейс, когда у нас есть матрица (система обработки информации, процессор), обрабатывающая информацию на основе клеток мозга, дальше реализация всех действий и решений оставлена на совести компьютерной системы.

Самый последний красивый результат, полученный в мире (я надеюсь, мы к этому придем), - робот, управляемый живой биологической тканью. То же самое – мозг крысы, помещенный в матрицу. Вы видите в красном растворе – это питательная среда, ее необходимо каждые три дня менять, продержалась эта среда примерно два года. На основе этого живого мозга была обучена машинка, которая ездила, ударялась о стенки, запоминала, что там была стенка, и в следующий раз обходила ее. Это успешно реализованный проект в мире.

Ну и хочется сказать о том, что же мы делаем, что мы начинаем делать в нашем университете, что вы можете продолжить, поступив в университет, проводя соответствующие исследования.

Итак, мы исследуем тот самый тонкий момент – взаимодействие нервных клеток и нашей электронной системы в виде электродов. Мы предложили использовать не металлический - тот закрученный электрод, который вставляется в ухо, - а более биосовместимый материал под названием углеродные нанотрубки. Это новый материал, который имеет размер порядка одного нанометра в диаметре (это одна миллиардная метра, в сто тысяч раз тоньше человеческого волоса, это также примерный диаметр вашей ДНК). Как вы знаете, ваша хромосома, которая умещается в клетке, в раскрученном виде может иметь длину до двух метров, а диаметр будет один нанометр.
Итак, мы имеем сетку из углеродных нанотрубок и нейронную клетку. Это нетипичная нейронная клетка, размер ее - примерно 20 микрометров (примерно в пять раз меньше толщины человеческого волоса). Соответственно, дендриты, аксон передающий - это нейробластома, клетка, выделенная из спинного мозга крысы, больной раком. Мы пытались исследовать взаимодействие, передачу электронного сигнала между этой нервной клеткой и нашим наноэлектродом, состоящим из углеродных нанотрубок. Мы обнаружили с помощью двух методов (высокотехнологичные приборы, которые были использованы, покажу ниже), что с помощью аксона существуют два пятна усиленных, светящихся нанотрубок. Мы считаем, что это как раз тот самый искусственный синапс, т.е. область, где произошел электрохимический контакт между нервной клеткой, показанной зеленым, и углеродными нанотрубками. Эта картинка получена в режиме усиления света, которое происходит тем интенсивнее, чем больше металлических или ионных частиц вокруг.

Это наша последняя разработка, поэтому я еще не могу ее популярно рассказать. Поверьте на слово, что получен действительно уникальный результат.

Для получения данного уникального результата нам требуется оборудование – то, которое находится у нас в университете, на котором вы будете работать, если поступите на кафедру квантовой физики и наноэлектроники. Конечно, сканирующий зондовый микроскоп. Вы знакомы только с оптическими микроскопами, а зондовый микроскоп – это микроскоп, который позволяет простукивать поверхность абсолютно атомарно тонкой иглой. Он позволяет получать атомное изображение поверхности. Что такое атомы, мы знаем.

Лучший результат, который был получен в нашей лаборатории, - это углеродная нанотрубка - та самая, шириной всего лишь один нанометр. Вы видите эти шарики мохнатые, это те самые атомы, которые вы изучали на уроках физики и рисовали их в виде шариков. Они чуть мохнатые, потому что при комнатной температуре они постоянно колеблются, поэтому мы их видим несколько размытыми. С помощью зондового микроскопа мы получили и предыдущую картинку зеленой клетки. Но это не все. Это всего лишь топография, т.е. мы видим всего лишь структуру. Биоэлектронный интерфейс – это электрохимические связи. Здесь нам поможет еще более уникальное оборудование под названием "спектрометр комбинационного рассеяния". Это прибор достаточно дорогой и уникальный, мы гордимся, что недавно его закупили в МИЭТ. Прибор позволяет регистрировать химические связи, вплоть до одиночных молекул, с помощью рассеивания света. Просто рассеивание лазерного света, здесь зеленый лазер используется. Он светит на поверхность, и мы можем получать в отраженных лучах информацию о химическом составе. Именно картинка этого усиления электрохимического сигнала искусственного синуса была получена совмещенно этими двумя микроскопами. Для проведения таких тонких исследований требуется дорогостоящее оборудование. Слава Богу, оно у нас в университете есть.

Так как мы обладаем мощнейшей базой создания микроэлектронных устройств, у нас все-таки университет электронной техники, с помощью технологии микроэлектроники были созданы на кварцевых пластинах системы электродов. Сама рабочая область, если пластины диаметром примерно 6 см, занимает расстояние примерно 100 микрон – полмиллиметра. На рабочей области мы выращивали нервные клетки. Отличие наших работ, которые мы проводим, от зарубежных - мы хотим повысить биосовместимость наших электродов. Главная проблема всех этих систем, которые существуют сейчас при создании искусственного уха, искусственного глаза, - это плохая биосовместимость между электродами и нашими нервными клетками. В конце концов, будет отторжение, этот электрод в электронном ухе придется заменять – опять же дорогая болезненная операция.

Мы покрываем наши стандартные электроды теми самыми углеродными нанотрубками, которые обладают большей биосовместимостью, схожи с белками, находящимися в нашем организме, что позволяет клеткам более комфортно чувствовать себя на данных мультиэлектродных матрицах.

Последний результат, который мы пока что получили, - полностью реализованный процессор с предусилителями с программированными контроллерами. Это такая маленькая реклама, что данная система была сделана в том числе с использованием ресурсов школьника 11 класса, я не знаю, куда он поступил. Он паял, программировал здесь контроллеры для этой системы. Конечно, робототехнику тоже придется знать и изучать, если мы хотим какие-то системы взаимодействия с человеком и компьютером реализовывать.

Вот так коротко я попытался рассказать о состоянии дел в мире в области взаимодействия человека и компьютерных созданий интерфейсов, о состоянии в МИЭТе: куда мы движемся, над чем работаем, во что вы можете включиться.

Спасибо за внимание. Если есть у вас вопросы, то я с удовольствием на них отвечу. Есть вопросы? Возможно, что-то вы хотели услышать, но не услышали.

- Я где-то читал, что есть такой материал, который можно, к примеру, повесить на голову как повязку, и с помощью радиоволн управлять, например, лампочкой.

- Правильно. Я на этом не акцентировал внимание. Это ЭЭГ. Опять же – электрокардиограмма обыкновенная. Плюс в чем? Ученые выяснили, что за каждое действие, т.е. если мы думаем о еде, то у нас активность в одном участке полушария мозга, если мы думаем о том, что здесь темно, это другой участок мозга. Действительно, если обвешать нашу голову сотней тысяч электродов, мы можем создать карту электропотенциалов нашего мозга. Все это сейчас делается. Пока что недостаток такой: чтобы улучшить емкостной контакт, вас обмазывают электропроводящим гелем. Может быть, в течение пяти лет как-то решат этот вопрос, или просто волосы у всех выпадут - и уже к планшетам, игрушками стандартным будут продавать эту самую шапочку. Действительно, это все реализовано, у нас в Зеленограде, в МИЭТе выпускники это все делают, пытаются управлять машинкой. Через раз она едет туда, куда хочет оператор. Но здесь, по сути, работа больше математики – восстановить потенциал коры головного мозга. Возможно, это будет альтернатива. Мы предлагаем методы инвазивные, когда вводятся электроды в мозг, что несколько неприятно. Посмотрим, какая методика окажется альтернативной. В любом случае, та методика, которую мы сейчас используем, - не столько для управления машин, сколько для понимания работы мозга, для науки.
Есть еще вопросы?

- Кремниевая технология производства компьютеров уже устаревает. Науке пока не известен способ производства компьютеров по другой технологии, более совершенной?

- На лекциях я читаю это своим студентам. Есть несколько альтернатив. Альтернатива первая – замена материалов. Конечно, кремний был долго популярен, 50 лет, все знают, что оксид кремния – тот самый песок, на котором мы любим позагорать. Когда его много, из него легко делать кремний. Есть другие материалы, более дорогие, более трудные в обработке, которые позволяют повысить быстродействие. И для спецприменений, когда нужна хорошая связь в каких-нибудь горячих точках, давно используются не кремниевые компьютерные системы, а арсенид-галиевые, нитрид-галиевые технологии, которые более стойкие, более быстродействующие. Но здесь недостаток - дороговизна, во-вторых, иногда приходится работать в низких температурах. Можно сделать более быстродействующий компьютер, но тогда вместе с вами всегда должен быть чан с жидким азотом, чтобы компьютер охлаждался. Жидкий азот – это -200 градусов по Цельсию. Но это традиционный путь. Он всего лишь чуть-чуть улучшает.

Альтернативные методы сейчас разрабатываются. Это органическая электроника – когда компьютеры будем полностью делать из органических полимеров. Как вы понимаете, человек – это тоже органический объект. И то, что есть мимристоры, – это, я считаю, промежуточный этап. Мемристор – грубо говоря, аналог нейрона.

Это хороший вопрос, по сути у меня целый курс лекций на эту тему, можно говорить долго. Но если прогноз… я считаю, кремний вжился очень сильно, лет 20-25 он проживет все равно. Он действительно не уходит, хотя закон Мура предвещал еще пять лет назад, что мы достигнем предела электронной техники, но этого нет. Intel продолжает упорно строить заводы. Все меньше и меньше норма повышает свое быстродействие, но повышая, как вы понимаете, в разы, не на порядки. К человеческому мозгу все еще не приближаемся по силе работы и обработки информации.

- А можно ли использовать мозг в качестве процессора… чтобы использовать его в качестве обработки?

- Как я сказал, пример вы видели сегодня. Он достаточно примитивен и далек от тех фантастических фильмов, которые вы видели. Т.е., действительно, кусок мозга крысы выращен, и он управляет чуть-чуть роботом, который ударяется о стенки, запоминает и в следующий раз уже о стенки не ударяется. Это все есть. Но проблема, чтобы дальше это развивать, одна: как работает мозг? На это никто не может ответить. Примитивные сигналы мы можем воспроизвести: укололи - пошел электрический импульс, нерв запомнил, связь усилилась, мы теперь знаем, что в следующий раз никто иголку в палец совать не будет. Действительно, память произошла. Но более глубокие процессы, такие как обработка информации, изображений, принятие быстрого решения при огромном количестве факторов… Любого робота, которого мы сейчас запустим на основе наших компьютерных систем, на нашей московской дороге сразу же собьют, потому что он просто не воспримет всю информацию, которая его окружает: по скорости движения ближайших автомобилей, по зеленому или красному светофору, который горит, еще по десятку факторов (снег идет и т.д.) – он это все не воспримет. Его просто собьют сразу же. Это все еще не реализовано. Но об этической стороне вашего вопроса я не говорю, но хороший вопрос.

- Мощи процессоров уже не хватает. А как же, если взять большую оптимизацию софта, к примеру?

- Да, так и работаем. Например, сейчас, если вы в курсе расшифровки ДНК и т.д., это мощные суперкомпьютеры, которые занимают огромные комнаты до сих пор. Опять же мы работаем с микробиологами из МГУ, там "Ломоносов" стоит – наш отечественный суперкомпьютер. Суперкомпьютер – это то, что вы сказали – соединенная сотня в одну сесть компьютеров.

Если мы говорим о нейронных сетях, уже давно существует эмуляция в программном коде нейронной сети, т.е. сети, на основе которой работает наш человеческий мозг. Т.е. в программном коде это давно существует. Вся обработка информации, которая происходит в нашем мозгу за доли секунды, может происходить в этом компьютере за доли секунды, но нагрев будет такой, что, в конце концов, все сгорит. Опять же, это все жидкий азот, все должно охлаждаться. Конечно, наш мозг можно заменить, но заменить все еще большой комнатой, набитой компьютерами.

Если больше вопросов нет, то мы закончим на сегодня. Рад вас был видеть. Рад буду видеть в университете нашем как сотрудников и студентов первого курса. Сейчас вас проведут на экскурсию по нашим местам.

закрыть
Обратная связь
Форма обратной связи
Прикрепить файл

Отправить

Яндекс.Метрика

Следите за новостями:

Больше не показывать