Электромеханические устройства на мысленном управлении
Поскольку мысли материальны и складываются из комбинаций нервных импульсов, то нет никаких физических запретов на создание разнообразных инженерно‑технических «приложений» к мозгу – устройств на мысленном управлении. Собственно, все тело животного представляет собой именно такое устройство. Но нам, конечно, хотелось бы получить более наглядную демонстрацию. Что‑нибудь из металла и пластика, пожалуйста. С электромоторчиками и шестеренками – и чтобы мозг всем этим мог напрямую управлять.
Если бы подобные проекты нужны были только для убеждения упертых идеалистов, игра не стоила бы свеч. Но они нужны не только для этого. Разработка протезов, которыми человек мог бы управлять точно так же, как настоящими конечностями, при помощи мозговых импульсов, является одной из актуальных задач медицины. В последнее время в этой области наблюдается значительный прогресс. И люди, и другие обезьяны уже могут – при посредстве несложных электронных устройств – мысленно управлять движением курсора на экране компьютера. Но управлять курсором куда проще, чем пользоваться таким сложным прибором, как рука, в настоящем трехмерном пространстве.
В 2008 году группа американских нейробиологов, медиков и робототехников сообщила о сенсационном результате: им удалось научить двух макак резусов брать пищу и отправлять ее в рот при помощи механической руки с мысленным управлением (Velliste et al., 2008 ).
|
|
|
Схема эксперимента. Мозговые импульсы подвергаются компьютерной обработке, и на их основе генерируются сигналы, управляющие движением механической руки. Собственные руки обезьяны зафиксированы в горизонтальных трубках. По рисунку из Velliste et al., 2008.
В экспериментах использовалась искусственная рука, по своим механическим характеристикам близкая к настоящей. У нее пять степеней свободы: она может двигаться в плечевом суставе вверх‑вниз, вправо‑влево и вращаться вокруг своей оси (три степени свободы), в локтевом суставе она может только сгибаться‑разгибаться (четвертая степень свободы); кроме того, она снабжена хватающей «кистью» в виде клешни, которая может сжиматься и разжиматься (пятая степень свободы). Все движения осуществляются при помощи моторчиков с компьютерным управлением.
Ученые вживили двум макакам по 96 электродов в участок моторной коры, управляющий движениями плеча и предплечья. Эти электроды у двух обезьян были немного по‑разному распределены. Попадание электродов в те или иные конкретные точки коры было отчасти случайным, и уж во всяком случае никто не мог знать заранее, какие из электродов будут воспринимать мозговые команды, скажем, о подъеме руки, а какие – о сгибании локтя. Это предстояло выяснить в ходе дальнейших экспериментов. Долгий курс обучения должны были пройти не только обезьяны, но и компьютерная программа, интерпретирующая мозговые сигналы и преобразующая их в команды для управления механической рукой.
|
|
|
На начальном этапе обезьян учили управлять рукой при помощи джойстика с кнопкой (кнопка предназначалась для открывания и закрывания клешни). Кроме того, обезьяна просто смотрела на автоматические движения руки, которая брала пищу из разных мест и подносила ее ко рту подопытной (известно, что вкусная пища – чуть ли не единственный стимул, побуждающий обезьяну в лабораторных условиях быть внимательной и чему‑то учиться). Пока механическая рука двигалась, а обезьяна на нее смотрела, компьютер регистрировал сигналы, поступающие от 96 электродов, и подвергал их статистической обработке. Сигналы от некоторых датчиков не коррелировали с движениями руки, и эти датчики впоследствии не учитывались. Для остальных электродов компьютер определял, какие движения искусственной руки сопровождаются наиболее интенсивными (частыми) нервными импульсами. Так были выявлены электроды (и соответствующие точки мозга), которые избирательно реагируют на те или иные движения (вверх‑вниз, вперед‑назад и вправо‑влево), а также на сжимание и разжимание пальцев. Соответствующий «рисунок» возбуждения нейронов интерпретировался как команда, посылаемая мозгом. Например, если данные десяти датчиков регистрировали наиболее сильные сигналы при подъеме руки, то в дальнейшем, когда управление рукой передавали обезьяне, сигналы от этих десяти датчиков компьютер преобразовывал в команду «поднять руку».
|
|
|
После этого этапа предварительного обучения исследователи попытались сразу передать обезьянам всю власть над механической рукой, но ничего не вышло: обезьяны не справились с управлением. Тогда пришлось пойти более долгим путем постепенной передачи контроля от «автопилота» обезьяне. При этом училась не только обезьяна, но и компьютер: интерпретация нервных импульсов постоянно уточнялась и подстраивалась к текущему состоянию обезьяньего мозга. Как выяснилось, такая подстройка должна осуществляться ежедневно, потому что компьютерная интерпретация мозговых сигналов, основанная на вчерашних экспериментах, сегодня может для той же самой обезьяны оказаться недостаточно точной. Кроме того, импульсы, генерируемые мозгом во время пассивного наблюдения за автоматически движущейся рукой, оказались не совсем идентичными тем, что генерируются при непосредственном мысленном управлении искусственной конечностью.
|
|
|
Задача, которую обезьяна должна была выполнить при помощи искусственной руки, изо дня в день была одна и та же: нужно было взять пищу (пастилу или ягоду), которая появлялась в разных местах в пределах досягаемости, и поднести ее ко рту (а потом, разумеется, съесть, но это уже делалось без помощи технических средств). Самая трудная часть задания состояла в том, чтобы поднести раскрытую клешню точно к пище. Для этого нужно управлять рукой с точностью до нескольких миллиметров, иначе еду не удастся схватить. Подносить пищу ко рту можно с меньшей точностью, поскольку обезьяна могла шевелить головой (ее руки – настоящие, а не искусственные – были закреплены в специальных трубках).
В течение нескольких недель контроль над искусственной рукой постепенно передавался от автопилота обезьяне. Помощь автопилота, упрощенно говоря, состояла в том, что обезьяне было легче совершать «правильные» движения, чем «неправильные», – искусственная рука охотнее двигалась в нужном направлении, чем в любом другом. Постепенно эта помощь слабела. С точки зрения обезьяны это означало, что задача становилась все более трудной, так что ей приходилось каждый день продолжать учиться, постепенно совершенствуя мастерство владения искусственной рукой.
Наконец автопилот был полностью отключен, и обезьяны стали совершенно самостоятельно кормить себя при помощи механической руки, управляемой мозгом. Нельзя сказать, что это получалось у них так же ловко, как настоящими руками, но все же в большинстве случаев им удавалось взять пищу и отправить в рот.
Авторы отмечают, что обезьяны не просто выучили серию механически повторяющихся «ментальных» действий, а освоили настоящее сознательное управление искусственной конечностью. Это подтверждается несколькими фактами. Во‑первых, положение пищи все время менялось, так что тянуть искусственную руку нужно было в разные стороны.
Во‑вторых, ученые провели дополнительный опыт, в котором пища была внезапно передвинута в тот момент, когда обезьяна уже поднесла к ней свою клешню. Если бы обезьяна теперь направила клешню к лакомству по прямой линии, угощение было бы сбито с подставки. Нужно было переместить конечность по дуговой траектории, и обезьяна отлично с этим справилась.
В‑третьих, в ходе экспериментов обезьяны освоили ряд новых движений, которым их никто не учил. Например, если во время поднесения пищи ко рту лакомство падало, обезьяны не продолжали двигать ко рту пустую клешню, а останавливали ее в ожидании следующей порции. Они также научились совершать клешней небольшие движения около рта, чтобы удобнее было ее облизывать, и не тянули руку к новой порции пищи до тех пор, пока не оближут хорошенько. Сначала они держали клешню закрытой в течение всего времени переноса пищи ко рту, но потом заметили, что пастила прилипает к клешне и обычно не падает, даже если клешню разжать. Тогда они стали разжимать клешню не у самого рта, а еще в пути.
Идеи и методы, придуманные авторами, должны помочь медикам и инженерам в разработке протезов с мысленным управлением. О дальнейших перспективах читатели могут помечтать самостоятельно. А для темы этой главы важно, что подобные эксперименты наглядно демонстрируют правильность идей, высказанных еще И. М. Сеченовым в 1863 году в статье «Рефлексы головного мозга». Мысли материальны, а мозг – орган души – представляет собой устройство не менее вещественное, чем бетономешалка (хотя и гораздо более сложное). К нему вполне можно прикрутить пару‑тройку дополнительных электромеханических «аксессуаров». Когда‑нибудь – возможно, довольно скоро – они будут продаваться в магазинах.
Редукционизм
К сожалению, выводы науки о материальности мыслей и о том, что душа является продуктом работы мозга, очевидные для многих специалистов уже во времена Сеченова, большинству людей до сих пор не кажутся ни очевидными, ни бесспорными. Человек субъективно воспринимает себя как идеальную сущность, не связанную неразрывно с «бренным телом». Нам очень легко поверить в возможность существования души отдельно от тела и крайне трудно свыкнуться с тем банальным фактом, что никакой души без работающего мозга быть не может. По‑видимому, это такой же адаптивный, то есть полезный для выживания, самообман, как и упомянутое выше восприятие камней как сплошных, непроницаемых объектов. Пещерному человеку для выживания не нужно было знать, что нейтрино легко пролетит сквозь камень, не задев ни одного атомного ядра. Ему гораздо важнее было понимать, что сам он сквозь камень не пройдет. Так же и о материальной природе собственной психики незачем знать млекопитающему с зачаточными способностями к рефлексии, едва начавшему осознавать свое существование. Ему полезнее думать о себе и сородичах как о личностях, обладающих свободой выбора (о ней мы поговорим чуть позже). Отсюда – неприятие выводов нейробиологии широкими кругами общественности и даже отдельными учеными.
Когда дело доходит до научных диспутов, интуитивное неприятие рационализируется, облекаясь в наукоподобные аргументы. Самый типичный из них – обвинение всех «последователей Сеченова» в так называемом редукционизме. Звучит грозно, но, если разобраться, никакого смысла в этом нет. В данном контексте слово «редукционизм» – не более чем наукообразное ругательство.
Редукционизм – это «методологический принцип, согласно которому сложные явления могут быть полностью объяснены с помощью законов, свойственных явлениям более простым (например, социологические явления объясняются биологическими или экономическими законами). Редукционизм абсолютизирует принцип редукции (сведения сложного к простому и высшего к низшему), игнорируя специфику более высоких уровней организации»[25].
В утверждении о материальности души редукционизма не больше, чем в любом естественнонаучном объяснении того или иного явления природы. Никто и не думает сводить психику к простой сумме свойств нейронов и синапсов мозга. Разумеется, на каждом «уровне организации» работают свои специфические закономерности. Их нельзя игнорировать, но этого никто и не предлагает. Мы действительно никогда не сможем «полностью объяснить» человеческую психику только с помощью законов, действующих на более низком уровне – например, на уровне отдельных нейронов. Свойства мозга не сводятся к сумме свойств нервных клеток. Нужно еще знать, как эти клетки между собой связаны, как они взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой. Если мы будем это знать в точности и во всех деталях, то действительно сможем объяснить психику и даже смоделировать ее на компьютере, создав искусственный интеллект (правда, компьютер для этого понадобится, похоже, на много порядков более мощный, чем нынешние). Но учет всех связей и взаимодействий – это как раз и есть переход к рассмотрению явления на более высоком «уровне организации». Никакого редукционизма здесь нет, а есть лишь обычный, классический естественнонаучный подход.
Точно так же не является редукционизмом утверждение, что живая клетка состоит из молекул, а молекулы – из атомов. Разумеется, если мы просто выпишем в столбик все вещества (типы молекул), имеющиеся в клетке, и для каждого укажем его количество, мы не поймем работу клетки. Свойства клетки не сводятся к сумме свойств ее молекул. Но если мы учтем еще и пространственное распределение этих молекул и все их взаимодействия друг с другом и с внешней средой, все их взаимные влияния и превращения, то тем самым мы перейдем на более высокий уровень и получим адекватную модель клетки как целостной живой системы. Только таким путем, сочетая анализ и синтез, мы можем разобраться в природе вещей. Холистические заклинания – абстрактные призывы рассматривать вещи только в их целостности – и обвинения в «редукционизме» нам в этом не помогут. По‑моему, такие обвинения на самом деле говорят лишь о неприятии обвинителем принципа причинности, материализма и научного метода как такового.
Томография любви
В мозге млекопитающих существуют отделы, специализирующиеся на выполнении разных психических функций. При помощи современных методов, таких как ФМРТ, можно выявить отделы, задействованные в тех или иных психических процессах. В каких именно? Да в любых. Даже в самых замысловатых и возвышенных. Например, в любви.
Американские и швейцарские нейробиологи под руководством Стефани Ортиг из Сиракузского университета (США) недавно опубликовали обзор результатов всех проведенных на сегодняшний день исследований феномена любви, выполненных при помощи ФМРТ (Ortigue et al., 2010). Тщательный поиск в нескольких крупнейших электронных библиотеках показал, что таких исследований, где речь шла именно о любви, а не о каких‑то смежных психических явлениях и эмоциях, где использовали ФМРТ и где были соблюдены все принятые методологические и этические нормы, выполнено пока только шесть (самое первое – в 2000 году). Одна из этих шести работ была проведена под руководством самой С. Ортиг (Ortigue et al., 2007 ). В трех работах приняли участие добровольцы, находящиеся (по их словам) в состоянии страстной романтической влюбленности. В двух работах изучалась материнская любовь, в одной – абстрактная беззаветная любовь к незнакомым несчастным людям. В общей сложности в шести исследованиях приняли участие 120 человек (99 женщин и 21 мужчина). В выборку не попали публикации, не имеющие английского резюме и не обнаруживаемые поисковиками по слову love.
Темными пятнами обозначены участки мозга, возбуждающиеся у любящих людей в ответ на стимулы, связанные с объектом любви (комбинированная схема, составленная по результатам шести исследований). Чем светлее оттенок в пределах пятна, тем в большем числе разных опытов, ориентированных на разные аспекты и разновидности любви, отмечалось повышенное возбуждение данного участка мозга. Верхние изображения – наружная поверхность полушарий, нижние – медиальная поверхность (“продольный срез” мозга). Слева – левое полушарие, справа – правое.
Метод ФМРТ позволяет выявить участки мозга, активно работающие в данный момент. К таким участкам приливает артериальная кровь, поэтому уже через 1–5 секунд после возбуждения там становится больше оксигемоглобина, что, собственно, и регистрируется на томограммах.
Чтобы понять, какие участки мозга связаны именно с любовью (или с чем угодно еще), всегда необходим контроль. Например, при изучении страстной любви сравнивали реакцию мозга на стимулы (фотографию или имя), относящиеся к объекту страсти, с реакцией мозга на такие же стимулы, относящиеся к друзьям (в том числе друзьям того же пола, что и объект страсти) и к незнакомым людям. Сравнение полученных томограмм позволяет идентифицировать участки, которые возбуждаются достоверно сильнее при мысли о любимом, чем о друге или незнакомце. При изучении материнской любви возбуждение мозга при взгляде на фотографию собственного ребенка сравнивалось с реакцией на фотографии других детей того же возраста, лучших друзей и просто знакомых.
По мнению авторов, имеющиеся на сегодняшний день данные следует считать предварительными (исследованные выборки пока еще очень малы, да и самих исследований проведено мало), но кое‑какие закономерности можно отметить уже сейчас.
Романтическая (страстная) любовь , или влюбленность, связана с комплексным возбуждением нескольких отделов мозга.
Во‑первых , это дофаминэргические (то есть использующие нейромедиатор дофамин) подкорковые области, отвечающие за положительное подкрепление (так называемая система награды). Возбуждение нейронов в этих областях порождает чувство удовольствия, эйфорию. Сюда относятся такие отделы мозга, как хвостатое ядро и скорлупа. Это те области, которые возбуждаются под действием кокаина. Кокаин подавляет обратное всасывание дофамина (его еще называют веществом удовольствия) нервными окончаниями, которые выделяют дофамин.
Во‑вторых , при страстной любви возбуждаются отделы, имеющие отношение к сексуальному возбуждению: островок и передняя поясная кора.
В‑третьих , снижается возбуждение уже знакомой нам миндалины (отвечает за страх, тревожность, беспокойство) и задней поясной коры. Похоже на то, что передняя поясная кора отвечает за переживание счастливой любви и сексуального возбуждения, тогда как задняя поясная кора активизируется при переживании несчастной любви или горя от утраты любимого – например, у вдов, которым показывают фотографию недавно умершего мужа. Любопытно, что в передней поясной коре находятся также центры, отвечающие за переживание (на сознательном уровне) чувства боли – как своей собственной, так и чужой.
В целом характер возбуждения подкорковых областей в ответ на стимулы, связанные с объектом страсти, указывает на то, что речь тут идет не только об эмоциях, но и о мотивации целенаправленного поведения (установка на сближение, соединение с любимым). Об этом говорит, в частности, возбуждение хвостатого ядра, работа которого связана с целеполаганием, ожиданием награды и подготовкой к активным действиям.
В‑четвертых , когда влюбленным показывают на долю секунды имя любимого человека (так, чтобы они не успели даже осознать, что прочли его), регистрируется возбуждение нескольких «высших» (корковых) участков мозга, отвечающих за социальное познание (мыслительные процессы, отвечающие за взаимодействия с другими людьми, с обществом), концентрацию внимания и мысленную репрезентацию (образ) самого себя. Обнаружить связь этих «высших», когнитивных отделов со страстной любовью методологически труднее, чем «эмоциональных» областей, потому что сканирование обычно проводят в течение довольно длительного времени (17–30 секунд), за которое испытуемый успевает подумать о многом. Эмоции сменяют друг друга не так быстро, как мысли. Но эта связь четко выявляется, если стимул, относящийся к объекту страсти (например, имя), не достигает сознания испытуемого.
Материнская любовь связана со специфическим возбуждением дофаминэргических подкорковых структур, в том числе хвостатого ядра, скорлупы, черного вещества и таламуса. Все это, очевидно, имеет отношение к чувству удовольствия и системе награды, и здесь много пересечений с теми областями, которые возбуждаются при страстной любви. Кроме того, материнская любовь связана с активностью тех же «эмоциональных» участков коры, что и страстная любовь (островок и передняя поясная кора). Однако у материнской любви есть и свой специфический подкорковый участок, который не имеет отношения к страстной любви, – центральное серое вещество. Этот участок тесно связан с эмоциональными центрами лимбической системы[26] и содержит много вазопрессиновых рецепторов, которые очень важны для формирования материнской привязанности. Прослеживается и еще одна связь между центральным серым веществом и материнской любовью: этот участок мозга имеет отношение к подавлению чувства боли при сильных эмоциональных переживаниях, в том числе во время родов.
В одном исследовании испытуемым показывали фотографии незнакомых умственно неполноценных людей и просили либо просто расслабиться (контроль), либо расслабиться и попытаться почувствовать (внушить себе) любовь к этому человеку. Выяснилось, что подобные попытки приводят к возбуждению примерно тех же участков мозга, что и материнская любовь. В том числе возбуждалось и центральное серое вещество. Активизировались также и эмоциональные центры, в том числе островок, хвостатое ядро и передняя поясная кора.
По мнению авторов, полученные результаты позволяют рассматривать любовь как «дофаминэргическую целеполагающую мотивацию к формированию парных связей» (dopaminergic goal‑directed motivation for pair‑bonding ). Такое определение любви выглядит слегка необычно, зато оно подкреплено нейробиологическими данными. Не вызывает сомнений активное участие дофаминэргической системы награды, дофаминовых и окситоциновых рецепторов в формировании того психического состояния, которые мы называем любовью. Ясно также, что любовь – это не только чувство, переживание. Это еще и мотивация к активным действиям, направленным на формирование связи (эмоциональной или сексуальной) с объектом любви.
Авторы подчеркивают, что любовь – нечто большее, чем базовая эмоция. Она неразрывно связана с определенными высшими когнитивными функциями. В частности, романтическая любовь включает в себя активность отделов коры, отвечающих за социальное познание (работу с информацией о других людях) и восприятие (образ) самого себя. Активизация этих отделов становится особенно заметна, когда стимулы, связанные с объектом страсти, не доходят до сознания. Авторы усматривают в этом косвенное подтверждение теории, согласно которой любовь основана на желании расширить внутренний образ себя путем включения другого человека в этот образ (Aron, Aron, 1996 ).
Подобные исследования представляют не только академический интерес. Авторы убеждены, что данные о связи любви с работой определенных участков мозга помогут медикам и психологам лучше диагностировать и корректировать всевозможные семейные проблемы.
Предлагаю начинающим предпринимателям отличную идею. Покупается томограф для ФМРТ и открывается бизнес: «Мы поможем вам понять, кого вы на самом деле любите». Только подумайте, сколько юных сомневающихся душ обретут уверенность в себе и своих чувствах, когда узнают, при чьем имени у них на самом деле возбуждаются и островок, и скорлупа, и передняя поясная кора, и даже хвостатое ядро.
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 252; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!