Две новости последних дней, очевидно, совсем не связаны между собой, но словно напрашиваются на то, чтобы сказать о них вместе. Первая, в Калифорнийском университете довели технологию глубокой стимуляции мозга до той стадии, когда пациенты могут пользоваться ей дома, в повседневной жизни. В оба полушария имплантируются электроды, они считывают активность мозга и передают данные на девайс размером со смартфон, тот уже отправляет их дальше через планшет или компьютер в облако.

Передача идет без кабеля, то есть люди заняты своими делами, им лишь надо следить, чтобы расстояние до “смартфона” не превышало метра (можно носить его в кармане). Система электродов работает в обе стороны: не только считывает потенциалы, но и подает импульсы в глубокие зоны мозга, и эта стимуляция корректируется получаемым потоком данных. Иными словами, адаптивная DBS.

Для медицины это серьезный шаг вперед. Сбор данных идет непрерывно, пять пациентов накопили по 2,600 часов записей, что дает гораздо более точную картину болезни. Но как с любой мощной технологией сразу возникает вопрос о рисках. Случись сбой алгоритма или отказ техники вне клиники, и стимуляция может завести мозг в неведомые дали. Да и этика пока подвисает: люди непрерывно транслируют активность своего мозга третьим лицам, устройство регулярно вмешивается в эту активность, без их контроля.

Вторая новость перекликается с первой, так как совсем недавно стартап Neuralink показал миру обезьяну с чипом в голове, играющую на компьютере силой мысли. UC San Francisco оказался практичнее, показав систему, работающую в обе стороны и на людях. На днях со-основатель и президент Neuralink Макс Ходак объявил, что покинул компанию. Причины не раскрывает и желает стартапу всего наилучшего. Ждем, кто в Neuralink будет теперь отвечать за НИОКР.

Между прочим, тот самый Макс Ходак, который покинул пост президента Neuralink, умеет пофантазировать и поразмышлять на разные темы вокруг науки и технологий. У него на сайте подборка небольших текстов, в которых он излагает некоторые свои идеи, и это интересно читать. Например, он пишет, что в будущем экраны должны исчезнуть. Если появится технология для доставки зрительных образов прямо в мозг, то экран уже не нужен.

“Когда мои глаза открыты, я должен видеть физический мир с опцией наложения информации, а когда мои глаза закрыты, я должен видеть информационный мир, который может использовать совершенно разные метафоры и взаимодействия. Когда я хочу отдохнуть, мне должно быть легко все это выключить, но я думаю, наши дети будут сбиты с толку, когда мы скажем им, что раньше мы закрывали глаза и там ничего не было”.

В другой раз он пишет про угрозы ИИ, и главную проблему видит не в его интеллектуальном превосходстве, а в том, что мы будем развивать ИИ с помощью естественного отбора. Это может выработать у ИИ-агентов стремление к выживанию, и вот такая мотивация уже опасна, если они нас вдруг воспримут как помеху выживанию.

“Это подводит нас к нейронной инженерии. В таком мире интерфейсы мозг-машина предназначены не для улучшения наших когнитивных способностей, а для того, чтобы стирать границы между нами и этими агентами, чтобы они нас не воспринимали в качестве других”.

В таком ключе.

Сегодня вышло в Nature, а в июле прошлого года я уже постил ссылку про это исследование. Тогда группа из Стэнфорда выложила препринт: инвалид через новый интерфейс набирает “силой мысли” 90 символов в минуту. Это быстрее, чем дают другие ИМК. И дело не в каком-то новом устройстве, а в том, что человек воображает, будто пишет от руки. Выходят сложные движения, они отличаются друг от друга сильнее, и так интерфейсу (нейросети) легче различать буквы.

А мы еще раз убеждаемся в двух вещах: 1) иногда прорыв приходит не за счет новой сложной технологии, а всего лишь надо попробовать то, что раньше никто не делал; 2) даже сильной и известной группе нужно долго ждать, пока журнал Nature опубликует уже готовую статью.

Млекопитающие могут дышать кишечником, так пишут в пресс-релизе. Японцы взяли мышей, крыс и свиней, снизили им уровень кислорода. Те животные, кому вентилировали кишечник при этом, выживали, кислород поступал в кровь. Авторы делают вывод: кишечник может выступать как дополнительный орган дыхания.

“Энтеральная вентиляция предлагает альтернативную парадигму в качестве дополнительного средства для пациентов, которые остро нуждаются в респираторной поддержке”.

Речь тут о тяжелых больных с SARS-CoV-2, которые на аппаратах искусственного дыхания. Японцы предлагают вентилировать им кишечник.

Как думаете, что это такое? Эта штука пригодится для научных исследований.

Ответ: это новое устройство для беспроводной оптогенетики. Надевается на мышей, не требует батареи, управляется по NFC. Животные двигаются свободно, не путаясь в проводах. Теперь будет проще изучать социальные взаимодействия: можно по несколько штук запускать в вольер и стимулировать всех сразу или по очереди, и вообще в любых сочетаниях.

Оптоэлектроника продолжит мельчать, пока не превратится в наночастицы в мозге, светящиеся под воздействием того или иного проникающего излучения. Тогда уже никаких огоньков снаружи не увидишь, на вид будут обычные грызуны (или приматы). Только мозг их будет под прямым управлением ученых.

В майском The New Yorker лонгрид про Майкла Левина, биолога, одного из самых нетривиально и глубоко мыслящих ученых нашего времени. Если вы еще не знаете про Левина и про его опыты по регенерации и биоэлектричеству, то почитайте. Про него пишут все чаще, это радует.

Я и сам писал про Левина, но шесть лет назад, когда он не был настолько признан. Кому удобнее на русском, то вот мой лонгрид, там уже все ключевые вещи сказаны (они же повторены и в TNY). Теперь Левин гораздо более крупная фигура, ему дают деньги DARPA и Frontiers Group Пола Аллена. За эти шесть лет он сделал немало крутых работ и вышел за пределы темы регенерации.

И он не только ставит опыты в лаборатории, но и пишет глубокие концептуальные работы (они мне очень близки). Такое не часто встречается, чтобы практик экспериментатор еще и фундаментально мыслил. Но в том и дело, что все его опыты есть лишь следствие того, что Левин думает о биологии системно и не так, как другие.

Ну и крохотный спойлер: изначально он не Майкл, а Михаил. )

Вчера писал здесь про Майкла Левина, а сегодня он в подкасте “Голый Землекоп”! Бывают же совпадения. Левину посвящен весь выпуск, и это свежее интервью с ним, с русским переводом. Послушайте. Очень рад, что Илье удалось это сделать.

Левин озвучивает сразу несколько идей, которые могут казаться странными (на самом деле, они глубоко продуманы и опираются на многолетние эксперименты). Одну выделю: о том, что мозг не единственный источник когнитивного. Левин считает, что не только нервные, но и обычные ткани организма тоже способны порождать то, что мы называем мышлением.

Но у нейронов оно быстрое, а у прочих типов клеток медленное, и сами решения ограничены внутренней средой. Например, куда расти и когда остановить рост. Регенерация, скажем, это воплощенная мысль коллектива клеток. Поэтому, чтобы докопаться до первых принципов разума, надо расширять поиск и смотреть на то, как природа реализует их в разных вариантах.

Это не все про Левина на сегодня, ибо совпадения поразительным образом продолжаются. Stay tuned

В новом выпуске подкаста у нас опять супер-звездный гость, профессор Майкл Левин из университета Тафтса. Так совпало, что New Yorker написал про него две недели назад, но мы честно уже собирались и так делать с ним выпуск)

Левин научился управлять самым сложным процессом в живых системах: развитием органов. Причем он делает это способом, который мы больше всего любим: берет и отменяет огромную и нерешаемую задачу разобраться во всех деталях развития, например, глаза, и находит путь в обход: как заставить клетки делать именно глаз. Дать им общую команду, а они уж разберутся сами. Потому что, и это главная мысль: клетки -- умные.

Google Podcasts

Apple Podcasts

Web

Youtube

Spotify (Не работает в России)

Yandex.Music

Castbox

Overcast

Какими могут быть машины будущего. В 2020-м году мировые сми писали про ксеноботов, причудливых созданий из живых клеток лягушки, их соорудили Джошуа Бонгард с Майклом Левиным. Однако не все знают, что Бонгард и Левин написали затем концептуальную статью о том, куда вообще движутся наши технологии создания машин и что из этого следует. А следствия там очень интересные. И это пока лучшая из всех статей, что я успел прочесть в этом году.

Авторы предлагают стереть границы между биологией, инженерией, информатикой и создать новую область науки. Ей предстоит изучать машины будущего, которых ещё нет и которые не похожи на всё, что люди конструировали до сих пор. Такими машинами нельзя управлять напрямую, их придётся убеждать. Статья меняет привычные представления о многих вещах, мне захотелось рассказать о ней, и я написал этот текст.

Чуть подробнее написал про набор текста ‘cилой мысли’ 90 символов в минуту. Исследование опубликовали в Nature, наконец, и я на днях его уже упоминал, но в двух словах. Если вдруг интересно, за счет чего такой скачок эффективности, то в заметке чуть больше деталей.

Сама же работа ученых из Стэнфорда наводит, как минимум, на две мысли. Первая, не все низко висящие плоды в сфере нейроинтерфейсов еще сорваны, и вторая, внедрение нейросетей в эту сферу может сильно повлиять на то, как люди будут общаться с техникой на языке активности мозга — что они при этом будут делать и что воображать.

Математические модели нейродегенеративных заболеваний. Во вторник Центр нейротехнологий Имперского колледжа Лондона будет бесплатно транслировать доклад директора Oxford Centre for Industrial and Applied Mathematics:

In this talk, I will show that by linking new mathematical theories to recent progress in imaging, we can unravel some of the universal features associated with dementia and, more generally, brain functions.

Надо лишь зарегистрироваться. Tuesday, 25 May 2021 from 12:00 to 13:00 (BST)

«Усложнение дизайна искусственных тел – химерных конструкций из клеток различных видов, тесно интегрированных с электронными интерфейсами/процессорами и инженерными нейронными сетями – неизбежно приведет к появлению широкого круга существ с совершенно новым поведением и когнитивными способностями, что вызовет очевидные но сложные вопросы о том, как мы станем относиться к поистине разнообразным разумам по мере того, как будет созревать эта область исследований».

– Synthetic living machines: A new window on life (2021)

Марина Слащева пишет, что спят даже тараканы, мухи и медузы. Но видят ли они сны? Вспоминаю по случаю недавнюю статью, где изложена новая гипотеза о предназначении снов и где самым интригующим мне видится последний абзац. В нем автор Эрик Хоэл проводит идею, что художественная литература и, возможно, искусство в целом могут быть поняты как суррогатные сновидения.

Не в поверхностном сравнении, мол, и то и другое есть вымышленные реальности, а именно что у сновидений и искусства с точки зрения физиологии мозга одна роль – помешать переобучению нейронной сети.

Сама гипотеза Хоэла, которую он излагает в статье, следующая: сновидения возникли как способ дать мозгу отличные от повседневного опыта стимулы, тем самым они вносят «инъекцию шума» в обученную во время бодрствования нейросеть. Примерно как с переобучением (overfitting) искусственных сетей борются инженеры, изредка подавая на вход чуть искаженные, рандомизированные данные (data augmentation).

В этой логике картины Босха, Ван Гога или Дали делают нечто похожее. Да, потребление искусства не заменит сна, он не сводится к сновидениям, но в какой-то мере оно так же выбивает мозг из наезженной колеи, и это полезно даже не для расширения кругозора и прочего, находящегося на уровне психики, а в главную очередь для базовых свойств сети нейронов – она попросту станет меньше ошибаться.

"… fictions, and perhaps the arts in general, may actually have a deeper underlying cognitive utility in the form of improving generalization and preventing overfitting by acting as artificial dreams". – The overfitted brain: Dreams evolved to assist generalization

Наверное, главная новость года. В Nature Medicine вышла публикация международной группы врачей: впервые в истории слепой пациент прозрел после инъекции в глаз вируса с генами другого организма. В качестве донора генов выступили скромные одноклеточные жители планктона: дело в том, что у морских водорослей есть глаза, и они одолжили их человеку.

Поскольку речь шла о рискованной новаторской операции, в исследовании принимали участие только полностью слепые люди. Диагноз: ретина пигментоза, наследственная болезнь, при которой люди слепнут в возрасте от 14 до 18 лет. Всем участникам эксперимента около 60ти, они уже много десятилетий не отличают свет от тьмы. Клетки их сетчатки деградировали и потеряли способность давать нервный импульс в мозг, когда на них попадает луч света. (продолжение в следующем сообщении)

Оптогенетика как метод родилась 15 лет назад, и тогда речь шла о стимуляции отдельных клеток, плавающих в чашке петри. Сегодня этим методом возвращают зрение человеку. Хороший темп. Теперь надо следить, будут ли осложнения, не угаснет ли чувствительность сетчатки со временем. В идеале, на будущее, надо бы избавиться от вспомогательных очков.

В этой идее прекрасно то, что она не инвазивная: инъекция вместо ретинального импланта, требующего сложной и дорогой операции. Не случайно Novartis вкладывается в оптогенетику, о чем я уже писал в феврале. Повторюсь, обидно, что в России инвесторов не нашлось, хотя несколько лет назад их искали именно под такой проект.

В 1973 году писатель-фантаст Артур Кларк заявил, что любая достаточно развитая технология неотличима от магии. Вчерашняя новость от Nature Medicine словно иллюстрирует эту мысль: просто представьте, слепой начинает видеть после укола. Так вчера оптогенетика из чисто научного инструмента превратилась еще и в медицинский.

У оптогенетики пока недолгая история, но уже к концу 2010-х стало ясно, что эту технологию ждет нобелевская премия. Не ясно лишь, кому она достанется. За внешней магией стоят годы экспериментов и напряженного труда разных ученых. И если лет десять назад я считал, что среди главных кандидатов Г.Мизенбек, Г.Нагель и К. Дайсерот, то сегодня добавил бы Э. Бойдена и П. Хегеманна.

Ниже пять пунктов из ранней истории оптогенетики, которые кажутся мне поучительными.

1. Бойден и Дайсерот свои расчеты и ключевые эксперименты по фотостимуляции нейронов, в конечном счете принесшие им славу, проводили в свободное от работы время – по ночам и выходным. Им повезло, что в Стэнфордской лаборатории Ричарда Тсиена (к слову, брата Роджера Тсиена, нобелевского лауреата по химии 2008 г.) было довольно либеральное отношение к использованию приборов сотрудниками для целей сторонних проектов. Второе слагаемое успеха – их целеустремленность, сдобренная научной интуицией.

2. Изначальная идея выглядела совсем не так, как мы ее знаем сейчас. В начале 2000-х Дайсерот и Бойден обсуждали возможность запускать в нейрон намагниченные частицы, которые бы при воздействии магнитного поля раскрывали ионные каналы на мембране. Они возились с этой моделью, считали параметры, а позже временно к ней охладели. И только после публикации Нагеля, где он продемонстрировал работу канального родопсина (ChR2) в клетках, они поняли, что их буквально обходят на повороте. Стало ясно, что magnetic beads – не удачный вариант, нужно строить схему на совершенно другой основе, используя светочувствительный белок. И они попросили этот белок у Нагеля.

3. Их совместную статью 2005 года, которая считается одной из ключевых в истории оптогенетики, сперва направили в Science. Там статью не сочли важной и отклонили. В итоге она была напечатана в Nature Neuroscience (чем журнал безумно гордится и даже в 2015-м отмечал юбилей этой статьи).

4. Дайсерот говорит об уроках, которые он извлек из развития оптогенетики. Во-первых, нельзя недооценивать важность диверсификации научных исследований. Сосредоточение усилий и средств на какой-то одной главной проблеме ведет к вымиранию «неперспективных» тем. Тогда как решение может прийти из совершенно неожиданных источников, как это случилось с оптогенетикой. Ведь эксперименты по управлению нейронами in vivo стали возможны в т.ч. благодаря тому, что некая водоросль использует светочувствительный белок и кто-то эту водоросль в свое время изучил (совсем не имея в виду применение этих знаний в нейронауке).

5. Второй урок состоит в том, что сохранение биологического разнообразия – насущная необходимость. Например, некоторые ценные опсины обнаружены у экзотичных одноклеточных организмов, обитающих в соляных озерах среди пустынь. Мы не можем предсказать, какие гены или молекулярные структуры окажутся важны для будущих биотехнологий. Чем больше видов вымирает, тем выше вероятность навсегда лишиться некоторых оригинальных решений.

Из секретного архива Neuralink. Начало.

Про сознание. В завтрашнем Science статья четырех авторов, и среди них Кристоф Кох, директор Allen Institute for Brain Science. Кох известен тем, что вместе с Фрэнсисом Криком ввел в нейронауку тему изучения сознания (как-то я писал о его книге). Теперь, много лет спустя, он с соавторами пишет, что пора выбрать лучшую из имеющихся теорий.

Для этого они предлагают новую форму исследований, состязательное сотрудничество. Работает это так: берем разные теории сознания, выявляем, в чем именно они расходятся и договариваемся о том, что каждая из них предсказывает. Затем проверяем эти предсказания в экспериментах. Всем консорциумом.

«Всеобъемлющая и согласованная теория сознания необходима для ответа на вопрос, какие системы – биологически развитые или искусственно созданные – испытывают что-либо, и для определения этических границ наших действий по отношению к ним». Текст небольшой.

Скорее, это признание того, что несмотря на многолетний поиск коррелятов сейчас нет явных критериев, чтобы выбрать ту или иную теорию, эти теории сосуществуют уже много лет, и это может длиться бесконечно. Но практика – пациенты в минимальном сознании, органоиды или обучаемые роботы – уже требует более четких ответов.