С транспьютерами все более-менее понятно. Создается некая архитектура, в которую можно втыкать кучу отдельных траспьютерных блоков, на каждом из которых есть процессор и еще кое-что. Дальше с помощью этих блоков можно организовывать параллельные вычисления, так или иначе распределяя вычислительные ресурсы между одной или несколькими задачами.
С нейрокомпьютерами несколько сложнее. В отличие от транспьютеров, нейрокомпьютер - сейчас это в основном не аппаратное, а скорее программное понятие. Оно в корне меняет весь процесс программирования, и делает его похожим на процесс нашего мышления (хотя, признаться, вокруг того, как мы мыслим тоже идут споры). Толчком к развитию нейрокомпьютинга послужили биологические исследования. Типичный нейрокомпьютер состоит из большого числа параллельно работающих простых вычислительных элементов (нейронов). Элементы связаны между собой, образуя нейронную сеть. Они выполняют единообразные вычислительные действия и не требуют внешнего управления. А большое число параллельно работающих вычислительных элементов обеспечивают высокое быстродействие.
Собственно это и есть тот шаг, которого так боялись создатели «Терминатора». Нейрокомпьютеры в корне отличаются от традиционных ЭВМ. Программист нейрокомпьютера не пишет программ, он обучает компьютер подобно тому, как родители обучают своего ребенка. Процесс чем-то напоминает к примеру известное математикам линейное программирование, когда не задается алгоритм, а идет корректировка весов связей, «правил поведения» нейрокомпьютера. После такого обучения нейронная сеть может применять полученные навыки ко входным условиям (или, как говорят, «сигналам»), подобно тому как и мы применяем свои знания для жизни в окружающем мире.
Есть и еще одно "но" - способность к самообучению . Но этот рубикон перейден уже очень давно, и ни для одного программиста самообучающаяся программа - не предмет удивления. На этом принципе сейчас построена каждая база данных.
Некоторые ученые высказывают к примеру предположения, что если магистральная линия развития компьютерной техники перейдет с традиционной фон-Неймановской на нейроархитектуру, то ДОСТИЖЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОМ УРОВНЯ СЛОЖНОСТИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО МОЗГА СЛЕДУЕТ ОЖИДАТЬ ГОРАЗДО РАНЕЕ 2020 ГОДА. И тогда то, что ученые называют «искусственным интеллектом», будет создано. Но вне зависимости от того, является или нет эта линия развития компьютеров магистральной, такие компьютеры существуют и развиваются.
Далее в дело вступают нанотехнологии, переводящие процесс создания нейрокомпьютеров в область наноразмеров, и значительно уменьшающие размеры элементов нейрокомпьютеров, что влечет за собой существенный рост их производительности и ИНТЕЛЛЕКТА. Эти технологии с успехом начинают применяться уже сейчас.
Сообщества, роботы-сообщества и симбиоты
Схематично обрисовав в прошлом выпуске основные разновидности искусственных существ, я намеренно не стал рассматривать такую существеннейшую часть их организации, как способность их группировки в сообщества. А между тем, это очень существенный вопрос. Никого не пугает одна саранча. Но если идет стая саранчи, то это уже не безобидное насекомое, а природный катаклизм.
Многие известные нам существа живут в сообществах, больших или малых. Муравей живет в муравейнике, волки - в стае, коровы - в стадах, лошади - в табунах и так далее. Человек живет в обществе.
Что же до искусственных существ, далеко идти не надо. Именно сейчас Вы и находитесь в одном из таких сообществ - в Интернете, сообществе роботов. В основном здесь встречаются программные роботы (например веб-серверы, поисковые роботы, IRC-боты, игровые роботы и т.п. электронный народ), но есть конечно и обычные роботы, для которых интернет - неплохое средство связи.
Роботы, конечно, постоянно взаимодействуют между собой (например IRC-бот общается с сервером IRC, а поисковый робот - с web-серверами) и используют Интернет как средство перемещения. Например если вы устанавливали Internet Explorer 4й версии и выше не с CD-ROMа, а напрямую из сети, вам наверняка запомнился робот-установщик, который принимал эту программу по частям на ваш компьютер, при обрывах производил докачку, а после завершения передачи компонент запускал программу инсталляции. Используют Интернет как транспортное средство и вирусы. Впрочем последние в основной своей массе даже не догадываются об этом, а просто прицепляются к файлам и путешествуют таким образом вместе с ними по всем носителям и местам хранения.
Разумно было бы предположить что сообщества роботов могут иметь несколько степеней организации , от простой толпы до единого составного организма.
В сообществе, близком к состоянию толпы, роботы используют интернет в основном как средство связи и транспортное средство (т.е. для передачи информации). Они вполне могли бы обойтись и без такого сообщества, но с ним попросту удобнее и быстрее обмениваться информацией. Безусловно, в основном все сети (в том числе и Интернет), прошли такую степень организации - на начальном этапе своего развития.
Затем наступает время, когда роботы начинают использовать сообщество более активно, начинают все тесней взаимодействовать друг с другом, и вот появляется все больше интеллектуальных роботов, которые созданы для жизни в этом сообщества, и смысл существования которых без сообщества теряется (в Интернете например - поисковые роботы, базы данных, многие экспертные системы, в Фидонет - FAQ-серверы, тоссеры, в локальных сетях - СУБД). Интернет сейчас похоже прошел и эту стадию развития. Потом, видимо, наступает момент, когда сообщество начинают воспринимать как единое целое (как сейчас многие воспринимают WorldWideWeb как одну огромную базу данных). Кажется именно в начале этой ступени своего развития находится Интернет.
Ну и, наконец, сообщество перестает рассматриваться всеми как группа организмов, становится единым целым, и не может существовать в виде отдельных роботов. Примером могут служить транспьютеры.
И тут наступает черед перейти к двум другим понятиям - к понятию симбиоза роботов и к понятию робота-сообщества.
Симбиоз - это сожительство двух организмов разных видов, обычно приносящее им взаимную пользу. Понятие это разумеется пришло из биологии. Типичным примером симбиоза является например симбиоз муравья и тли. Муравьи пасут тлей и заботятся о них в меру своих возможностей, и доят их. Такое существование идет на пользу им обоим. Разумные существа вступают в симбиоз чрезвычайно легко. Собственно это одно из основных свойств разумных существ. Опыт человечества в этом плане показателен. Еще на заре своего развития человек приручил множество животных, которым дал уход и кров, и от которых получил молоко, мясо, яйца, пух, перья, шкуры, способность быстро передвигаться, и много-много чего еще.
Сейчас, на заре нового тысячелетия, человек создал нечто новое - искусственных существ. И тут же оказался в симбиозе с ними. Сейчас наше взаимодействие идет на пользу и нам и им. Нам это дает все то, что мы получаем от роботов: автоматизацию производства, доступ к базам данных, удобные и дешевые средства коммуникации, новые средства дизайна, новые технологии в прессе и тому подобные вещи - фактически все, что мы получаем от компьютеров. Им это дает развитие, совершенствование, обслуживание. Такое взаимодействие обеспечивает и им и нам выживание в современном мире.
Станислав Лем, а также некоторые другие фантасты, в своих произведениях неоднократно рассматривали и такие интересные организмы, как роботы-сообщества. Такой робот получится, если сообщество роботов интегрируется в единый организм настолько, что его можно будет считать единым существом. Такова (как я уже пару раз замечал выше) транспьютерная технология. Ввиду этой своей особенности такие роботы-сообщества имеют несомненные преимущества перед обычными: они обладают большей способностью к выживанию, все мыслительные операции проделывают обычно быстрее, их архитектура больше приспособлена к параллельной обработке данных, а если снабдить составные части такого робота способностью к самостоятельному перемещению, то такое составное существо могло бы менять свою конфигурацию в зависимости от потребностей.
Можно предположить, что внутренняя организация робота-сообщества могла бы быть весьма похожа на организацию государства. Так, для его существования понадобилось бы безусловно что-то, что взяло бы на себя координирующую роль (правительство?), часть органов - для организации средств защиты от внешней среды (армия?), и т.п.
| -- |
А существа ли они?
Помните спор в повести братьев Стругацких "Понедельник начинается в субботу"? Эдик Амперян и Витька Корнеев спорят о том, возможна ли небелковая жизнь. Эдик отрицает небелковую жизнь, на что Витька Корнеев не смущаясь создает щелчком пальцев "существо, похожее на ежа и на паука одновременно". Эдик опровергает его аргумент, называя это существо нежитью, то есть продуктом жизнедеятельности магов, который существует только постольку поскольку существуют маги. Тогда Корнеев щелчком пальцев создает уменьшенную копию самого себя, эта копия также щелкает пальцами и создает еще меньшую копию, та тоже щелкает пальцами, и т.д.
Неудачный пример, - сказал Эдик с сожалением. - Во-первых, они ничем принципиально не отличаются от станка с программным управлением, во-вторых, они являются не продуктом развития, а продуктом твоего белкового мастерства. Вряд ли стоит спорить, способна ли дать эволюция саморазмножающиеся станки с программным управлением.
Много ты знаешь об эволюции, - сказал грубый Корнеев. - Тоже мне Дарвин! Какая разница, химический процесс или сознательная деятельность. У тебя тоже не все предки белковые. Прапрапраматерь твоя была, готов признать, достаточно сложной, но вовсе не белковой молекулой. И может быть, наша так называемая сознательная деятельность, есть тоже некоторая разновидность эволюции. Откуда мы знаем, что цель природы - создать товарища Амперяна? Может быть, цель природы - это создание нежити руками товарища Амперяна. Может быть...
Понятно, понятно. Сначала протовирус, потом белок, потом товарищ Амперян, а потом вся планета заселяется нежитью.
Именно, - сказал Витька. - А мы все за ненадобностью вымерли.
А почему бы и нет? - сказал Витька.
У меня есть один знакомый, - сказал Эдик. - Он утверждает, будто человек - это только промежуточное звено, необходимое природе для создания венца творения: рюмки коньяка с ломтиком лимона.
А почему бы в конце концов и нет?
А потому, что мне не хочется, - сказал Эдик. - У природы свои цели, а у меня свои.
Как это ни странно, но таковы в общих чертах все современные споры на тему, являются ли человеческие творения организмами и живыми существами. Почему бы и не называть это жизнью? Ведь основой любого организма являются те же атомы, из которых состоит неживая материя. Клетки, из которых состоят живые существа, бывают самых разных видов и размеров. Известно также, что в них заложена генная программа, которая подчиняет себе процесс жизни, развития и деления клетки. Именно клеточная активность служит для многих необходимым мерилом того, возможно ли признавать организм живым. А между тем нас можно рассматривать как биороботов. В нас, в нашей генной программе, заложено наше развитие, наши биологические черты, цвет волос, рост, овал лица, склонность к полноте или худобе. Там запрограммирована даже наша биологическая смерть.
Но определение живой материи как состоящей из функционирующих клеток - это постулат. Почему бы и не допустить возможность построения живого организма из других "кирпичиков"? Те, кто не допускает существования иной жизни, кроме основанной на клеточной структуре, следуют тому постулату, что живая материя может состоять исключительно из клеток (на белковой основе). Но постулат на то и постулат, что он не требует доказательства. Евклид постулировал, что параллельные прямые не пересекаются. Лобачевский убрал этот постулат, и получил новую геометрию, которая также непротиворечива и тоже нашла применение. Эта новая наука расширила наши познания об окружающем мире.
Точно так же признание возможности неорганической жизни существенно расширят наши познания. Тем, кто не допускает такой возможности, можно смело сказать: с вашей точки зрения это - не жизнь. Но это недоказуемо. Более того, обратившись к истории язычества, мы найдем, что когда-то, давным-давно, люди считали одушевленной все проявления природы, в том числе и те из них, которые сейчас считаются неживой природой. Для наших предков живыми были и камни, и речка, и ветер. Наши предки жили в гармонии с природой, мы же считаем половину ее неживой, мертвой и возможно именно поэтому пришли сейчас к тем многим потерям, что мы сейчас имеем.
Техноцивилизация
Итак, я пытаюсь убедить Вас в том, что вполне возможна ситуация, при которой компьютеры однажды осознают свое «я», и возможно сделают из этого какие-то выводы. Каков же будет новый порядок Земли после осознания машинами этого своего «я»? Будет ли это трагедией для них или для нас, или мы сумеем найти общий язык? Приведет ли это к появлению роботов из фильма «Терминатор», или эти роботы будут такими как Джонни-7 из «Короткого замыкания»?
300 лет назад на планете начала формироваться техногенная цивилизация. Плоды ее развития (и хорошие, и плохие) мы наблюдаем сейчас и говорить о них здесь не будем. Собственно гораздо забавнее и интереснее кажется сам факт того, что после миллионов лет плавного и очень медленного развития техника за какие-то несчастные 300 лет поднялась на те высоты, на которых сейчас находится.
Давайте же попытаемся хотя бы найти несколько причин, которые послужили
«катализаторами» техноцивилизации. На протяжении этих 300 лет такими
катализаторами были:
осознание необходимости разбиения процесса
изготовления изделия на составные части;
осознание необходимости развития
науки;
развитие и появление новых средств связи и массовой информации;
появление непрерывного, конвейерного способа производства и другие, и тому
подобные...
В конце концов, во второй половине XX века на арене появились компьютеры. Поначалу неповоротливые, огромные и маломощные, затем они уменьшились в размерах и увеличили свой интеллект.
Как раз к этому времени техногенная цивилизация столкнулась еще с одной проблемой: она перестала успевать сама за собой . Новые технологии стали появляться столь часто, что люди перестали успевать осмыслить и воплощать их в практику - только они успевали это сделать, как буквально через два-три года технология устаревала, и пора было переходить на новую, если конечно производитель хотел устоять в жестких условиях конкуренции.
Особенно четко выявились эти недостатки в странах "социалистического лагеря", как писала тогда пресса. Многие москвичи еще прекрасно помнят очереди за импортными товарами в московских магазинах - кухонными комбайнами, люстрами, мебелью... Ведь собственное производство работало по-старинке.
В таких условиях производитель был вынужден отказываться от немобильных и трудно реорганизуюемых производств прошлого. Волей-неволей, производства становились мобильными (с точки зрения реорганизации) и более универсальными. На них появились сперва станки с ЧПУ, потом роботы, потом целые конвейеры на основе роботов. Управление процессом производства также перешло к "искусственным мозгам" - роботам и компьютерам.
Производительность, качество, объем выпуска продукции увеличились, и предприятия смогли выжить в условиях быстро развивающихся технологий.
Но в 90х годах условия развития техноцивилизации опять изменились. На сей раз эти изменения достигли технологий исследований. Ученые (после первых опытов 80х) вовсю стали использовать компьютеры дома, а в мир пришла Всемирная Паутина, World Wide Web. Фантасты в очередной раз оказались правы - была создана всемирная база данных. В ней в любой момент можно найти все что угодно - от рецептов по приготовлению пирожных, до описания принципов работы тех же суперсовременных процессоров и сложнейших компьютерных технологий.
Человек доверил свои знания и инструменты исследования компьютерам и роботам . И поэтому с начала 90х годов настала новая эпоха в развитии техноцивилизации Земли - киберцивилизация , симбиоз цивилизаций робота и человека. Собственно текущий этап цивилизации хорошо описывает фраза: «искусственные существа уже появились, искусственный интеллект - пока нет».
Как и любая цивилизация, киберцивилизация обладает своей культурой. Первый заметный всплеск ее был пожалуй связан с появлением в США фрикеров - взломщиков телефонных сетей. А это в свою очередь началось пожалуй с обычного детского развлечения - телефонных шалостей. Многие будущие фрикеры начинали именно с этого. Признайтесь, наверное и вам хоть раз в жизни довелось набрать наугад телефонный номер и поговорить с тем, кто поднимал трубку на другом конце провода?
В начале 70х в США в процессе модернизации телефонных сетей стали появляться первые электронные АТС. И тут же эти АТС стали использовать фрикеры. Их основным орудием в начале 70х были так называемые «синие ящики». «Ящик» испускал высокотональный свист на частоте 2600 герц, который переводил аппаратуру AT&T в режим операций дальней связи. Далее, используя последовательности различных сигналов из «ящика» звонивший мог связаться с любым из уголков земного шара.
Существенным атрибутом киберкультуры 70х стала конференц-связь. Позвонив на специально отведенный телефонной компанией номер, арендованный организатором конференции, можно было говорить одновременно с несколькими другими звонившими.
Многие фрикеры взламывали телефонные сети совсем не для того, чтобы просто переговорить со своими знакомыми по межгороду. Их привлекала сама процедура взлома, антураж, с ней связанный, ореол тайны, а также ощущение могущества, ощущаемое человеком, который может свободно и когда захочет общаться с людьми со всего света. Процедура взлома стала для них культовой, а их общество стало первой неформальной волной киберкультуры, так же, как первой волной «формальной» киберкультуры стала конференц-связь. Культура всегда делилась на формальную и неформальную; не обошло это стороной и киберкультуру.
Так, ходили легенды про некоего Джона Дрейпера, якобы первым обнаружившего, что тоновый сигнал игрушечного свистка из набора подарков для детей «Капитан Кранч» заставляет аппаратуру AT&T переходить в режим дальней связи. Другому фрикеру, слепому по имени Джо, с восьмилетнего возраста свистком служили его собственные губы.
Естественно, телефонные компании боролись с фрикерами. Они изобретали всякие хитроумные устройства для отслеживания звонков фрикеров, а к концу 70х процедура отслеживания их звонков стала общепринятой, и были разработаны специальные программы для отслеживания их звонков, что позволило AT&T выловить несколько сотен «синих ящиков».
Россиян первая волна киберкультуры в таком виде, в котором ее увидели американцы, почти не затронула, хотя по Питеру и Москве в 80х и ходили слухи о каких-то телефонных номерах, по которым была возможна конференц-связь. Естественно россиянам также было не чуждо ничто людское, и они также умели бесплатно звонить по телефонам-автоматам, но такого уровня, который бы позволил назвать это «культурой», не было.
Зато в России в то время большое развитие получило движение радиолюбителей. Это можно считать началом нашей киберкультуры. Радиолюбительством увлекались все, кому ни лень. Началось все еще с попыток собрать радио в домашних условиях из доступных радиодеталей, а в 70х радиолюбители мастерили уже сотни разных электронных диковинок. Среди них были как специалисты-электронщики, так и новички. В устах профессионалов, термин «радиолюбительство» звучал скорее как упрек. Так говорили о какой-либо поделке, собранной «на коленках», которая могла перестать работать в любой момент. В настоящий момент радиолюбительство в России постепенно исчезает, хотя люди, которые принимали в этом участие, естественно остались.
Следующая волна андеграундной киберкультуры пришла в Америку (да и в Россию) в 80х, вместе с появлением компьютеризированных АТС, компьютерных сетей и персональных компьютеров. На сцене повились хакеры - взломщики компьютерных сетей. Традиционно сложившийся непонятно как шаблон рисует хакеров как людей, которые сидят за компьютерами и хитрыми махинациями взламывают системы электронной защиты. Между тем, взлом «в лоб» - это лишь один из многих приемов в их арсенале. Так что такой шаблон на руку в первую очередь именно самим хакерам. Гораздо чаще предметом их взлома служит например человеческий фактор. Ведь если за сложной системой защиты стоит неопытный администратор, который не меняет пароли, или набирает их на клавиатуре так, что опытный взгляд без труда прочтет буквы «вслепую», то гораздо проще получить доступ за систему защиты именно через него.
Вместе с персональными компьютерами в киберкультуру пришли многие люди. Люди и раньше играли в компьютерные игры, но именно появление персональных компьютеров, которые появились в домах обывателей, вызвало их бурное развитие. Многие стали использовать компьютер дома, часто как игрушку, реже для чего-либо серьезного. Так, знаменитый американский писатель Айзек Азимов восторженно описал свое знакомство с компьютером в начале 80х, заметив, что использование компьютера дома позволило написать ему гораздо больше книг, чем если бы он делал это с помощью пишущей машинки.
Также
в этот период распространение получили компьютерные сети. В Америке они
существовали уже давно, но именно в 80-х, после слияния нескольких сетей в
Интернет и появления в 1984 году Фидонет, они стали доступны многим.
Появился новый класс «сетевиков». Фидонет в настоящее время медленно
погибает, ну а Интернет переживает свой расцвет.
Сетевики
- это особая
каста в киберкультуре, у них есть свой особый сленг и их обычно плохо
понимают даже программисты из-за этого сленга и обилия специфических
терминов.
В последнее время в отношении киберкультуры все чаще к месту и не к месту применяется термин «киберпанк». Панки всегда были символом эдакого пофигистического отношения к жизни «запросто». Киберпанки столь же пофигистически и запросто живут в обстановке киберкультуры. Некоторые кстати сживаются с компьютером настолько, что делают его для себя идолом или местом обитания бога.
Так что все пока идет к тому, что человечество ладит с киберцивилизацией, вжилось в нее и чувствует себя в ней как дома. А значит, все шансы на нашей стороне. Но не стоит забывать о том, что впереди у нас ответственный этап, который предсказывают фантасты и ученые - момент, когда искусственный интеллект достигнет уровня человеческого и превзойдет его. И мы должны быть готовы к этому.
Согласно теории Дарвина, у наших прапрапращуров был хвост и густая шерсть. Со временем, облик менялся и из обезьяноподобного животного эволюционировал самый обычный человек. С двумя ногами, руками, головой, туловищем и внутренними органами. С органами чувств: глазами, носом, ушами, языком и кожей. А также сложными системами нервов, кровоносных сосудов, пищеварительной и эндокринной. Но эволюция человеческого рода отнюдь не закончилась на стадии Homo Sapiens Sapiens - и будучи собственно «человеком разумным», наш вид может уже не полагаться только на действия природы, но и вносить изменения в собственную «конструкцию» технологическими методами. Наука не стоит на месте — постоянно изобретаются все новые материалы, устройства и технологии, воспроизводящие функции человеческого тела…
Какое будущее ждет нас? Какими мы будем в дальнейшем? Попробуем представить этот облик. Например, пожалуй, каждый из нас хоть раз мечтал перепрыгнуть через автомобиль, с помощью рук сгибать металлические прутья, четко видеть в темноте, а еще быстро бегать и вообще творить прочие чудеса. Сейчас это только мечты, плод бурной фантазии, пока нереальные и невоплотимые желания. Но всегда радует, когда после просмотра фантастического фильма оказывается, что нечто из показанного на экране хотя бы в стадии разработки, но уже существует в реальном мире! Мы живем в очень интересное время - мир меняется на глазах и именно технологический прогресс помогает людям менять облик будущего. На нынешнем этапе достижений в области биотехники открываются все новые масштабы реальных перспектив человечества по изменению самой сущности нашего биологического вида.
Подготавливая о современных технологиях протезирования, мы преследовали две цели. Первая вполне очевидна - рассказать, как научно-технический прогресс (в первую очередь, именно в области информационных технологий) впервые за столетия существования протезной индустрии помогает людям, потерявшим конечности, обрести не просто подобие утраченного, но максимально восстановить функции органа и, в некоторых случаях, даже превысить возможности здорового человека. А второй, более глубокой, целью статьи было описание устройств и технологий, наиболее приближенных к мечтам о киборгизации. Разумеется, пока искусственные руки и ноги уступают в эффективности биологическим, никому не придет в голову заменять здоровую конечность протезом - но направление развития технологий протезирования говорит именно о том, что в скором времени соотношение возможностей изменится. Ученые и инженеры последовательно делают, возможно, иногда и маленькие, но уверенные шаги к созданию полного киборга. На основе улучшения интеграции нервной системы с протезами и имплантами, а такде мощных и компактных источников энергии, человек сможет полностью преобразиться. Одним словом, если даже с ним что-то случится, то его «починят» с применением последних технологических достижений. И тут мы подходим к теме нынешней статьи: кроме рук и ног, киборгу потребуются еще и органы чувств - как минимум, глаза и уши. Не помешает «апгрейд» и мозгу, но так как чисто искусственный интеллект - это совсем отдельная тема, то в рамках данного материала мы рассмотрим возможные улучшения для биологического мозга. К сожалению, как и с протезами рук и ног, подавляющее большинство описываемых разработок пока находятся на стадии исследований и лабораторных экземпляров, а цены на них запредельны. Однако, так всегда происходит с новыми технологиями, а сам факт их существования дает вполне реальную перспективу на коммерческое внедрение - ведь каждая новинка в этой отрасли приближает к реальности не только мечты о киборгах, но и дает надежду на возвращение к нормальной жизни для людей, утративших по той или иной причине некие функции организма…
Мозг
Из всех органов человека именно вмешательство в мозг является самым сложным. Что тут говорить, если даже все его возможности еще до конца не изучены… Тем не менее, определенные манипуляции с мозгом проводятся, в основном с целью излечения болезней.
Профессор Университета Южной Каролины после длительных исследований создал чип, способный заменить гиппокампус — часть мозга, ответственную за кратковременную память, а также ориентацию в пространстве. Поскольку гиппокампус зачастую подвергается нарушениям при нейродегеративных заболеваниях, то данный чип, ныне проходящий лабораторные испытания, может стать незаменимой вещью в жизни многих больных.
Германским ученым из Института биохимии имени Макса Планка после длительных иследований удалось совместить живые клетки головного мозга с полупроводниковым чипом. Важность открытия заключается в том, что данная технология дает возможность выращивать очень тонкие полоски тканей на чипе, в результате чего он позволит очень подробно наблюдать взаимодействие всех нервных клеток между собой путем выявления сигналов, посылаемых клетками через синапсы.
Не столь давно, калифорнийской компанией Neuropace был разработан электростимулирующий прибор для эпилептиков, названный «нейростимулятором ответных реакций» (Responsive Neurostimulator). Принцип работы заключаться в том, что устройство сдерживает поток неконтролируемых импульсов во время припадков с помощью электрических разрядов из внешнего источника. Устройство Neuropace состоит из компактного нейростимулятора, который вживляют вместе с набором проводов в череп человека, а также аккумулятора и миниатюрного специализированного компьютера, постоянно контролирующего электрическую активность в мозге. Испытания Neuropace проводились на сотне пациентов, удовлетворительный результат просматривался практически у половины.
Достаточно крупная группа ученых из нескольких стран Европы с 2005 года ведут иследования и разработки в рамках проекта Fast Analog Computing with Emergent Transient States (FACETS), целью которого является создание микропроцессора, симулирующего 200000 нейронов, объединенных между собой 50 миллионами синаптических соединений. По словам участников проекта, для полноценного воспроизведения работы мозга человека им потребуется несколько тысяч таких процессоров, объединенных в кластер - но когда это будет сделано, человечество существенно приблизится к созданию искусственного интеллекта.
Глаза
Глаза — это один из самых важных органов человека, так как именно с помощью глаз человек воспринимает большую часть входящей информации об окружающем мире. Сейчас на планете миллионы людей страдают от различных заболеваний органов зрения. Для того, чтобы исправить дефекты зрения, требуется не только вмешательство врачей, а и физиков, химиков, технологов. Современное развитие технологий дает надежду на то, что человек в дальнейшем получит исцеление и сможет видить мир во всей его красоте.
На сегодняшний день пока что нет коммерчески доступных решений, которые смогли бы хотя бы частично заменить полностью отсутствующее зрение - фактически, есть только известные уже несколько столетий стеклянные глазные яблока, обеспечивающие только внешнюю схожесть с утраченным органом. Однако в виде прототипов уже существуют устройства, наконец-то изменяющие эту ситуацию - над созданием полноценного глазного протеза бъются ученые и инженеры в разных странах.
Пройдя длительный процесс от теории к практике, ученым Калифорнийского университета удалось создать протез, который способен выполнять функции сетчатки глаза. На данном этапе тестирования человек способен видеть только размытую картинку, но дальнейшие перспективы достаточно позитивны. Данный протез устроен так: на оправе очков закрепляется камера, через которую изображение передается прямо на уцелевшие нейроны в сетчатке глаза. Для перевода входящего видеосигнала в импульсы, которые способны воспринять нервные клетки, пришлось разработать специальный программно-аппаратный конвертер.
Аналогичным образом работает и альтернативная разработка, созданная исследователями из MIT (Массачусетсткого Технологического Института). Группа ученых, работающих над созданием данного имплантанта, занимается этим вопросом уже более 20 лет, а практические испытания запланированы на следующие три года. Камера, располагающаяся на очках, передает изображение на микрокомпьютер, преобразующий видеосигнал в электрические импульсы. Эти импульсы через вживленные электроды непосредственно влияют на зрительные нервы, которые, в свою очередь, передают сигнал в мозг.
Существует еще два варианта искусственных глаз, основанных на том же принципе. Группа специалистов консорциума Bionic Vision Australia (объединяющего ученых из пяти исследовательских институтов и университетов Австралии) презентовали свой бионический глаз в Университете Мельбурна. Лабораторные испытания уже проводятся, а более массовое внедрение ожидается к 2013 году.
Наконец, не столь давно компания Second Sight Medical Products Inc. сделала заявление о том, что она начинает клинические испытания глазного имплантанта The Argus II. Около 10 человек согласились на участие в экспериментальной программе, а стоимость одного бионического глаза от Second Sight составляет $100000.
Стоит отметить, что качество зрения, которое предлагает используемая во всех вышеупомянутых устройствах технология напрямую зависит от количества светочуствительных электродов в имплантанте. Если на нынешнем этапе их всего 60, то в скорем будущем это число планируют довести до 1000, что радикально улучшит восприятие - не просто передавая пятна света, но гораздо полноценнее сообщая человеку о происходящем вокруг.
А вот подход британцев, разработавших технологию BrainPort, принципиально отличается от всех вышеописанных в части метода передачи информации. Идея в том, что человек должен начать видить с помощью… языка. Внешняя часть устройства, как обычно, включает в себя небольшую видеокамеру, вмонтированную в оправу очков и конвертер, преобразующий сигнал. Однако, вместо электродов, вживляемых в сетчатку и передающих данные на зрительные нервы, BrainPort оборудован небольшой трубкой с прямоугольным передатчиком, который необходимо положить на язык. Электрические импульсы передаются на него и в зависимости от их интенсивности, человек может распознавать наличие препятствий на пути. Чем-то напоминает анекдот про удаление гланд нестандартным методом, но зато и цена проходящего испытания BrainPort существенно меньше, например, Argus II и составляет 18000 фунтов.
Что касается не восстановления утраченного, а оптимизации имеющегося, то весьма любопытный подход к улучшению возможностей зрения предложен группой ученых из университета Вашингтона в Сиэттле, руководимой профессором Бабаком Парвизом. Они создали контактные линзы с интегрированным светодиодом, радиоантенной и приемником. На данном этапе в линзе находится всего один светодиод, а испытания проводились на кроликах. В «полноценном» варианте предполагается, конечно, более широкие возможности - вплоть до трансляции на сетчатку изображения в HD-формате, когда технологии достигнут соответствующего уровня. Подобные линзы позволят эффективно реализовать «дополненную реальность» без применения очков, а также такие фокусы как, например, приближение изображения. Но даже в уже существующем варианте с единственным светодиодом определенную пользу из такой линзы извлечь можно, если заставить его работать в качестве индикатора некоего критически важного процесса.
Все знают, что такое очки - устройство для улучшения зрения или модный аксессуар с защитой от солнечного света или вещь, которая скрывает синяки под глазами. А недавно были изобретены очки i-Mos, которые умеют говорить. Их применение позволит резко улучшить возможности коммуникаций для полностью парализованных людей (например, как герой основанного на реальной истории фильма «Скафандр и бабочка» Жан-Доминик Боби: оставшийся парализованным после инсульта, он смог написать книгу по буквам, давая своему помошнику знаки путем моргания, когда тот показывал ему алфавит). Для того, чтобы использовать такие очки, все что требуется от человека, это знание азбуки Морзе. Сенсор отслеживает движение зрачков: поворот направо - тире, налево - точка. На внутренний экран очков выводятся распознанные буквы, причем для быстрого завершения слова можно воспользоваться привычной по мобильным телефонам системой ввода Т9. И когда слово закончено - оно воспроизводится через интегрированный динамик. Такой вид очков, конечно, предназначен для людей с физическими недостатками, хотя ими смогут пользоваться и люди, которым просто лень открывать рот.
Уши
Вторым, основным органом чувств в существовании человека являются уши, то есть слух. По разным причинам его теряют, а вот жить без восприятия звуков очень тяжело. К счастью, в отличие от зрения, частичное и даже полное восстановление слуха реализуется проще, поэтому уже достаточно давно существуют слуховые аппараты или, по-научному, кохлеарные имплантанты. Принцип их работы прост: с помощью микрофона, расположенного за ухом, аудиосигнал передается на вторую часть аппарата, стимулирующую слуховой нерв - по сути, слуховой аппарат увеличивает громкость воспринимаемого звука.
В связи с тем, что существующие устройства в принципе со своими задачами справляются, ничего сверхестественно нового не появляется. Но, разумеется, определенные улучшения в имеющуюся конструкцию по мере развития технологий вносятся.
Так, например, профессором Мириам Фарст-Юст из Школы электротехники Тель-авивского университета был разработан новый вид прикладного программного обеспечения «Clearcall». Данная программа предназначена сугубо для кохлеарных имплантантов и слуховых аппаратов и позволяет более четко слышать в шумных местах звуки, распознавать речь, а также отфильтровывать фоновые шумы. Для того, что бы человек воспринимал нормально звуки, Clearcall работает с собственной базой данных звуков, в результате чего идет максимально точное отфильтровывание посторонних шумов и усиление «полезных» сигналов. Собственно, подобного рода программное обеспечение применяется, например, и в наушниках с системой шумоподавления, поэтому в данном случае интересно в основном именно то, что ПО предназначено специально для слуховых аппаратов.
Не остался в стороне и такой гигант индустрии, как Siemens. Подразделение компании, которое специализуется на разработке слуховых аппаратов и аксессуаров к ним, анонсировало так называемую платформу BestSound, на основе которой и производятся новые модели слуховых аппаратов Siemens. В состав BestSound входят три разработки специалистов компании: SpeechFocus, FeedbackStopper и SoundLearning 2.0. Первая использует направленный микрофон, с помощью которого усиливается звук. За счет этого порог распознавания речи улучшается до 4 дБ, а в условиях низкого шума даже до 7 дБ. FeedbackStopper - это технология блокирования акустической обратной связи, а SoundLearning 2.0 помогает владельцу аппарата записать все его настройки в определенных условиях: эти данные остаются в памяти устройства и автоматически настраивают слуховой аппарат при следующем попадании в аналогичные условия.
В качестве практически анекдотических моментов стоит упомянуть о двух совершенно разных разработках в этой области. Во первых - слуховой аппарат The Plug, существующий просто в виде дизайнерского эксперимента. При типовой функциональности, выглядит устройство как серьга-туннель в мочке уха. Пожалуй, реальная целевая аудитория для подобного продукта, если бы его запустили в серийное производство, была бы слишком узкой - разве что молодые неформалы, но вообще идея забавная. Во-вторых, в России в продаже уже доступны слуховые аппараты Widex Passion с применением нанотехнологий. Юмор, как это часто бывает в сочетании тем «Россия» и «нанотехнологии», в том, что броское слово используется для привлечения внимания к товару, достаточно далекому от «настоящих» нанотехнологий - в данном случае, всё «нано» заключается в том, что благодаря некой патентованной системе NanoCare в ресивер аппарата попадает меньше ушной серы и, как следствие, его нужно реже менять.
Возможно, многое из описанного в этой статье пока не производит какого-то ошеломляющего впечатления. Но еще недавно подобные достижения были вовсе невозможными и только технический прогресс последних десятилетий дал возможность хотя бы приблизиться к, например, функциональной замене глазного яблока. Более того, практически во всех случаях авторы изобретений заявляют о том, что перспектива дальнейших улучшений (в том числе весьма значительных) вполне очевидна - требуется просто время на продолжение разработки. Весьма немаловажно, что все эти открытия помагают людям адаптироваться к нормальной жизни, но не менее интересно и то, что в уже в недалеком будущем достижения в области искусственных органов позволят не только вернуть утраченные функции, но и сделать обычного человека сильнее, выносливее, внимательнее и, возможно, даже умнее. И если даже сейчас вам это покажется странным, то вспомните, как 15 лет назад мобильный телефон, а 30 лет назад - компьютер, казались ненужной роскошью. Впереди нас ждет очень интересное время!
9.10.2011 08:08
Возможна ли пересадка мозга? Как будут выглядеть люди будущего? Произойдет ли киборгизация человека? Каким оно будет, наше будущее? Об этом и многом другом в интервью главному редактору «Правды.Ру» Инне Новиковой рассказывает футуролог, трансгуманист, один из инициаторов создания первой за пределами США крианической фирмы «Наше будущее в заморозке» Данила Медведев.
- Скажите, футурология - это наука о наших почках и селезенке, которые можно заменить, или наука о возможности предсказать и проанализировать некие события?
Это тоже делается. Есть много проектов в области математического моделирования, у нас недавно была конференция, там была секция по матмоделированию. Специалисты могут определять, когда примерно будет волна кризиса. Одна из наших главных задач на XXI век сделать так, чтобы выжил хотя бы кто-то.
- А была такая информация, что богатые люди строят себе саркофаги, чтобы укрыться? Вы слышали про это?
Я слышал. Есть много проектов, начиная от строительства бункеров, заканчивая строительством более крупных объектов. И в России, и в Америке делались очень крупные подземные города.
Чем отличается футурология от религиозных пророчеств?
- Футурология основана на рациональном, а религиозные пророчества - на иррациональной вере. Я считаю, большая проблема, что люди до сих пор верят в ерунду и всякую ахинею, это касается астрологии, Ванги, Глобы…
Ванга сказала, что весь мир будет оплакивать «Курск»…
Нет ни одного предсказания, чтобы кто-то сказал, это кто-то записал, четко сформулировал, а потом это подтвердилось. Пророчества всегда возникают после события.
А также: Нанотехнологии сделают человека киборгом
Если мы будем жить вечно, то для наших потомков мы создадим целую планету. Я хотела прочитать стих Роберта Рождественского, если бы люди жили вечно, это было бы бесчеловечно…
Конечно, человек очень многому должен учиться в современном мире и реально человек живет 10 - 20 лет, гораздо больше мы могли бы сделать, если бы человек жил 150 лет. Даже если он станет бессмертным, он все равно будет человеком, другое дело, что он начнет себя менять.
Один из примеров - это киборг. Он более совершенен, чем просто человек. Он может выживать в тех условиях, в которых человек не может выживать, контролировать те условия, быть более сильным, более выносливым, нормально себя чувствовать, независимо от того, что с ним происходит. Живет гораздо дольше, его можно починить, а человек более слабое существо.
Если человек рождается человеком, лучше его улучшить, чем ухудшить. Существует такое мнение в философии, что все, как есть, так идеально, и надо все так оставить. А трансгуманисты с этим не согласны, если люди умирают в 80 лет и хорошо, лучше, чтобы они умирали, в 100, 180, в 1000, а лучше вообще не умирали.
Вы знаете, проблема в том, что они умирают в 80 лет совершенно дряхлыми, уставшими, больными, и не желающими жить.
Конечно, потому что старение проявляется не одномоментно, а так, что человек страдает, страдает, и ему кажется, что если он умрет, то будет лучше. Но на самом деле, ему будет лучше, если его омолодить, дать ему еще сотни лет.
Вот скажите, все живут вечно, все молодые и красивые, у всех искусственное сердце, почки, при этом им детей можно рожать?
Это вопрос, который должно решить общество, либо можно, либо нет. Я думаю можно, потому что с точки зрения развитой цивилизации, а наша цивилизация сейчас пока не развита, но через 50 лет она будет очень развита. С этой точки зрения, каждый человек создает огромную ценность, так что, чем больше детей, тем лучше.
- Вы знаете, что у нас сейчас проблемы с энергоресурсами?
Нет никаких проблем. Я вам открою секрет, эти проблемы в этом году были окончательно решены. Всем это было очевидно, конечно, более распространена идея паники, что нефть закончилась.
Да какая нефть, еда закончилась.
Зимой стоимость установочной мощности солнечных батарей впервые снизилась ниже одного доллара за ватт. Если брать США, то там треть территории попало в ту зону, дешевле самому поставить солнечную батарею, чем подключаться к электросети. То же самое везде.
А вода куда-то девается с нашей планеты? Круговорот воды в природе, у воды вообще есть свойство бесконечно вращаться, молекула Н2О, молекула водорода, и 2 молекулы, вы можете сколько угодно ее перерабатывать, неважно, что вы с ней сделаете, если вы потратите какое-то количество энергии, то вы ее очистите.
Уже сейчас есть устройство, бутылка по сути, в которую можете налить любую воду из любой лужи, единственное, что она не отфильтровывает, это радиоактивность, а все остальное, бактерии, вирусы, химические загрязнения, она отфильтровывает. С одного конца вы наливаете, с другого конца вы можете пить. Технология, чтобы воду опреснять давно существует, вопрос только в доступе к электроэнергии. Вопрос сейчас только в том, где в мире проблема, что воды нет в принципе, вот там люди живут очень бедно.
Если говорить о планете в целом, то воды у нас хоть залейся. Океаны. Там вода опресняется очень легко, уже в Саудовской Аравии, арабских странах давным-давно это используют. Если говорить по поводу еды, существуют уже сейчас технологии, которые позволяют произвести в нужном количестве, если есть спрос.
Ну, скажем, молоко, китайцы захотели пить много молока, и в России цены выросли в два раза, но это не означает, что они будут бесконечно расти, вы не можете мгновенно увеличить производство молока, но за 5 лет можете. Будет больше коров, будет больше молока.
Ну коров нужно где-то пасти, чем-то кормить, где-то содержать…
Коровы - это вчерашний день.
Как вчерашний день?
Конечно. Молоко по сути - это что? Там некоторый набор белков и других молекул, эти молекулы совершенно спокойно может производить бактерии. Иногда все, что нужно, это построить в океане такие большие плавучие фермы, которые будут заполнены бактериями, которые будут солнечную энергию превращать в нужные молекулы.
И что получится?
Вы получите такую вот бутылку, вы знаете спортивное питание сейчас продают, все что необходимо для вашего хорошего функционирования, все там есть. Порошочек или жидкость, так вот то же самое можно получать из бактерий геномодефицированных.
И что я буду есть из этой банки?
Если вы захотите, вы будете есть из этой банки, вы просто знаете, что одну вам баночку нужно на завтрак, одну на обед, одну на ужин, и будете чувствовать себя идеально, там все вещества, которые вам нужны, другой вариант, что вы заплатите больше денег, чтобы из этих белков вам вырастили искусственное мясо, которое потом можно превратить в бифштекс, либо какие-то овощи, а в перспективе вообще этой проблемы не будет.
Человеку можно поставить внутрь капельницу с питательными веществами, или вообще батарейку.
В 2015 году будет открыт проект по моделированию человеческого мозга на компьютере. Будет 2 миллиона выделено на это, и через лет 5-10 возможно создание человеческого мозга, работающего на компьютере. Через лет 15 - 20 можно создать любую копию человеческого мозга, и на компьютере она будет работать, как у вас сейчас.
Что значит копия мозга на компьютере?
Это значит, что у вас в мозгу 100 млрд нейронов, все работают постоянно. Как только человек стал разумным, эволюция мозга замедлилась пошла социальная эволюция. Вот вы сейчас существуете, вы не можете знать, что у вас в голове, мозг или компьютер.
Если люди, которые сейчас живут, получат продление жизни, то к 2099 году у них будет возможность перенести свое сознание в компьютер и избавиться от биологического тела, которое им мешает.
У вас будет смоделировано не только ваше тело, но и мозг. Ну и сейчас компьютерные игры настолько реалистичны, что люди проводят там столько времени. Виртуальная реальность, она упрощенная в чем-то. А теперь представьте, что вы получаете в этой виртуальной реальности те интересные вещи, которые вы для себя хотите.
То есть вы считаете, что люди, которые получат бессмертие, будут сидеть за компьютером и себя совершенствовать? Кто будет оценивать, человек правильно тратит свою бессмертную жизнь или неправильно?
Такого института пока нет. По сути, нужна полиция мысли, которая будет говорить, мы хотим человека поймать, привести его в состояние по умолчанию.
Полиция у нас редко советует, даже сейчас. Вы смотрели фильм «Москва- Кассиопея»? Помните, там роботы захватили планету, и вот они поймали этих подростков, и говорят, мы сделаем вас счастливыми. Я не представляю какими технократическими методами можно сделать человека счастливым.
Технократика - это все-таки идея из прошлого, когда общество можно было описать, как некую систему, сегодня мы понимаем, что общество, все что угодно, только не простая система.
Каждый год появляется новая субкультура. Уже появилась субкультура - гриндеры — люди, которые постоянно ставят себе импланты, радиофиксационные чипы. Никакая единая точка зрения не может сказать, что все должны существовать вот так. Пионер всем ребятам пример. Ясно, что это невозможно. Потому что помимо пионеров есть совершенно разные люди.
Я думаю, что принцип свободы человека на собственную жизнь должен быть самым главным. Точно так же и в будущем должна быть какая то страховка, человек захочет попробовать что-то, например, убрать все эмоции, разум и превратиться в плесень. Если человек сразу считает, что жизнь с эмоциями не имеет никакого смысла, кто ему запретит?
Интервью к публикации подготовили:
Ксения Образцова
Благодаря научно-фантастическим фильмам и книгам человечество, кажется, свыклось с идеей, что в будущем среди нас будут жить киборги. Однако трудно поверить, что будущее уже здесь, и настоящие киборги много десятилетий уже живут рядом с нами. Это обычные люди - но с кардиостимуляторами, протезами конечностей, биосенсорами или слуховыми имплантами. Так что же такое «кибернетические ткани», кто соревнуется в Кибатлоне и какие возникают в этой связи этические вопросы?
Технически модифицированные и улучшенные существа без эмоций и чувств - такие ассоциации со словом «киборг» обычно всплывают в голове благодаря современной масс-культуре. На самом деле «кибернетический организм» - а именно так звучит несокращенный вариант термина - обозначает лишь объединение биологического организма и какого-то механизма. Киборги, живущие среди нас, вовсе не всегда выглядят как залатанные в железо роботы: это люди с кардиостимуляторами, инсулиновыми помпами, биосенсорами в опухолях. Многих из них даже не обнаружить «на глаз» - разве что по сигналу рамки-металлоискателя в общественном месте.
Сейчас имплантация медицинских приборов - один из самых прибыльных видов бизнеса в США. Такие приборы используют и для восстановления функций организма, и для улучшения жизни, и для проведения инвазивных анализов.
Имплантированная техника: от традиционных приборов до новейших разработок
Трудно поверить, но тандем ученых и врачей успешно создает киборгов уже несколько десятилетий. Всё началось с сердечно-сосудистой системы. Более 50 лет назад был создан первый полностью находящийся под кожей электрокардиостимулятор - устройство, которое поддерживает и/или регулирует частоту сердечных сокращений у больного. В наши дни ежегодно вживляется более 500 000 таких приборов. Появились и новые технологии: например, существует имплантируемый кардиовертер-дефибриллятор для лечения угрожающей жизни тахикардии и фибрилляции.
Но больше всего поражает то, что уже через пару лет планируется провести тестирование искусственного сердца BiVACOR на людях (рис. 1) - опыты на овцах уже завершились успехом. Оно не перекачивает кровь, как насос, а просто «двигает» - поэтому и пульса у будущих пациентов с таким кардиопротезом не будет. Прибор может полностью заменить собственное сердце пациента и прослужить до 10 лет, по словам разработчиков . Кроме того, он маленький (чтобы подойти и ребенку, и женщине), но мощный (чтобы успешно работать в теле взрослого мужчины). В современном мире, где донорских органов постоянно катастрофически не хватает, этот девайс был бы просто незаменимым. Питание прибора внешнее - с помощью чрескожной трансмиссии. Конструкция с использованием магнитной левитации и вращающихся дисков предотвращает износ деталей - одну из проблем других разработок, имитирующих структуру настоящего сердца. «Умные» сенсоры помогают подстраивать скорость кровотока BiVACORа под физическую и эмоциональную активность пользователя.
Помимо сердца, традиционно девайсы интегрируют в организм для доставки лекарств при хронических заболеваниях - как это делает, например, инсулиновая помпа при сахарном диабете (рис. 2). Сейчас такие же приборы используют для доставки препаратов в ходе химиотерапии или лечения хронической боли.
Всё популярнее становятся имплантируемые нейростимуляторы - дейвасы, стимулирующие определенные нервы в организме человека. Разрабатывают их для применения при эпилепсии, болезни Паркинсона, хронических болях (видео 1), недержании мочи, ожирении , артрите, гипертонии и многих других нарушениях.
Видео 1. Как стимуляция спинного мозга изменяет болевые сигналы до их попадания в мозг
На совершенно новый уровень вышли имплантируемые приборы для улучшения зрения и слуха , .
Измерить всё: биосенсоры
Все упомянутые разработки призваны восстановить утраченную или отсутствующую функцию организма. Но появилось и другое направление развития технологий - миниатюрные имплантируемые биосенсоры , регистрирующие изменения физиологических параметров организма . Вживление такого прибора тоже делает из пациента киборга - хотя и в немного непривычном смысле слова, ведь у организма не появляется никаких сверхспособностей.
Биосенсор - это устройство, состоящее из чувствительного элемента - биорецептора, распознающего нужное вещество, - преобразователя сигнала , который переводит эту информацию в сигнал для передачи, и процессора сигнала . Таких биосенсоров очень много: иммунобиосенсоры, энзиматические биосенсоры, генобиосенсоры... С помощью новых технологий сверхчувствительные биорецепторы способны «засечь» глюкозу, холестерин, E. coli , вирусы гриппа и папилломы человека, компоненты клеток, определенные последовательности ДНК, ацетилхолин, дофамин, кортизол, глутаминовую, аскорбиновую и мочевую кислоты, иммуноглобулины (IgG и IgE) и многие другие молекулы .
Одним из самых перспективных направлений считают применение биосенсоров в онкологии . Отслеживая изменения специфических параметров непосредственно в опухоли, можно вынести вердикт об эффективности лечения и атаковать рак именно в тот момент, когда он наиболее чувствителен к тому или иному воздействию. Такая целенаправленная распланированная терапия может, например, уменьшить побочные эффекты облучения или подсказать, стоит ли менять основное лекарство. Кроме того, измеряя концентрации различных раковых биомаркеров, иногда можно диагностировать само новообразование и определить его злокачественность, но главное - вовремя выявить рецидив.
У некоторых возникает вопрос: а как сами пациенты реагируют на то, что в их тело вживили приборы и тем самым превратили в некоторого рода киборгов? Исследований по этой теме пока немного. Однако уже показано, что по крайней мере мужчины с раком простаты к вживлению биосенсоров относятся позитивно: идея стать киборгом пугает их гораздо меньше, чем вероятность потерять свою маскулинность из-за РПЖ .
Прогресс в технологиях
Широкое распространение имплантируемых девайсов тесно связано с техническими усовершенствованиями. Например, первые вживляемые кардиостимуляторы были размером с хоккейную шайбу, а использовать их можно было меньше трех лет. Сейчас же такие приборы стали гораздо компактнее и работают от 6 до 10 лет . Кроме того, активно разрабатываются элементы питания, которые могли бы использовать собственную энергию тела пользователя - тепловую, кинетическую, электрическую или химическую.
Другое направление инженерной мысли - это разработка специального покрытия приборов, которое бы облегчало интеграцию девайса в организм и не вызывало воспалительного ответа. Подобные разработки уже существуют .
Совместить сенсор и живую ткань можно и иначе. Исследователи из Гарвардского университета разработали так называемые кибернетические ткани , которые не отторгаются организмом, но вместе с тем считывают датчиками нужные характеристики . Их основа - это гибкая полимерная сетка с прикрепленными наноэлектродами или транзисторами . Из-за большого количества пор она имитирует естественные поддерживающие структуры ткани. Ее можно заселять клетками: нейронами, кардиомиоцитами, клетками гладкой мускулатуры. Кроме того, мягкий каркас считывает физиологические параметры окружающей его среды в объеме и в режиме реального времени.
Сейчас гарвардская команда ученых успешно имплантировала такую сетку в мозг крысы для изучения активности и стимуляции отдельных нейронов (рис. 3) . Каркас интегрировался в ткань и не вызвал иммунного ответа в течение пяти недель наблюдения. Чарльз Либер (Charles Lieber), руководитель лаборатории и главный автор публикаций , считает, что «сеточка» может помочь даже в лечении болезни Паркинсона.
Рисунок 3. «Сеточка» в сложенном виде вводится в головной мозг шприцем, затем расправляется и отслеживает активность отдельных нейронов с помощью вмонтированных датчиков.
В дальнейшем разработку можно будет использовать и в регенеративной медицине, и в трансплантологии, и в клеточной биофизике. Она пригодится и при разработке новых лекарств: за реакцией клеток на вещество можно будет наблюдать в объеме.
Ученые предложили и другой завораживающий способ выхода из катастрофической ситуации с трансплантацией дефицитных органов. Так называемый сердечный кибернетический пластырь - это соединение органики и техники: живые кардиомиоциты, полимеры и сложная наноэлектронная 3D-система . Созданная ткань с внедренной электроникой способна к растяжению, регистрации состояния микросреды и сердечных сокращений и даже проведению электростимуляции. «Пластырь» можно накладывать на поврежденный участок сердца - например, на зону некроза после инфаркта. Кроме того, он высвобождает факторы роста и лекарственные вещества типа дексаметазона , чтобы вовлечь стволовые клетки в процессы восстановления и уменьшить воспаление, например, после трансплантации (рис. 4). Устройство пока находится на самых ранних стадиях разработки, но планируется, что врач сможет отслеживать состояние пациента со своего компьютера в режиме реального времени. Для регенерации ткани в экстренных условиях «пластырь» сможет запустить выброс терапевтических молекул, которые заключены в электроактивные полимеры, причем положительно и отрицательно заряженные молекулы выпускают разные полимеры.
Рисунок 4. Пример «кибернетической ткани» - сердечный «пластырь» из живых клеток сердца с внедренной наноэлектроникой. Он передает информацию об окружающей среде и сердечных сокращениях в режиме реального времени лечащему врачу, а тот при необходимости может с помощью пластыря стимулировать сердце либо запустить выброс активных молекул.
Ранее считалось, что после травмы нейроны сильно реорганизуются и создают новые связи. Однако новое исследование показало, что степень реорганизации нервных клеток не так и высока.
Иан Беркхарт (Ian Burkhart) в 19 лет сломал себе шею, ныряя в волны на отдыхе. Сейчас он парализован ниже плеч и поэтому решил стать добровольцем в эксперименте исследовательской группы Чеда Бутона (Chad Bouton). Ученые сняли фМРТ (функциональную магнитно-резонансную томограмму) головного мозга испытуемого, пока тот фокусировал внимание на видео с движениями рук, и определили ответственную за это часть моторной коры. В нее и имплантировали чип, считывающий электрическую активность этой области мозга тогда, когда пациент представляет движения своей руки. Чип преобразует и передает сигнал через кабель к компьютеру, а далее эта информация идет в виде электрического сигнала на гибкий рукав вокруг правой руки испытуемого и стимулирует мышцы (рис. 5; видео 2).
Рисунок 5. Сигнал от имплантированного в моторную кору чипа идет по кабелю к компьютеру, а затем, преобразуясь, попадает на «гибкий рукав» и стимулирует мышцы.
Видео 2. Иан Беркхарт - первый парализованный человек, вновь получивший возможность двигать рукой благодаря развивающимся технологиям
После тренировок Иан может раздельно двигать пальцами и выполнять шесть разных движений запястья и кисти. Казалось бы, пока немного, но это уже позволяет поднять стакан воды и поиграть в видеоигру, изображающую исполнение музыки на электрогитаре. На вопрос, каково это - жить с имплантированным устройством, первый парализованный человек, которому вернули возможность двигаться, отвечает, что уже привык и не замечает его - более того, это как будто продолжение его тела.
Киберобщество
Люди с протезами, пожалуй, лучше всего вписываются в стандартное восприятие человека-машины. Однако таким киборгам жить в реальности гораздо труднее, чем аналогичным книжным и киношным персонажам. Статистика по мировой инвалидности поражает. По данным ВОЗ , около 15% населения Земли имеет физические недостатки разной степени, а от 110 до 190 миллионов человек испытывают значительные трудности с функционированием организма. Подавляющему большинству людей с ограниченными физическими возможностями приходится пользоваться обычными громоздкими колясками либо неудобными и дорогими протезами. Однако сейчас появилась возможность быстро, качественно и дешево создать нужный протез с помощью 3D-печати. Как считают ученые, именно таким способом можно помочь в первую очередь детям из развивающихся стран и всем тем, у кого ограничен доступ к медицинским услугам .
Некоторые действующие киборги даром времени не теряют и принимают участие в различных открытых встречах. Например, прошлогодний фестиваль Geek Picnic , прошедший в Москве и Санкт-Петербурге, был посвящен именно людям-машинам. Там можно было увидеть гигантскую роборуку, пообщаться с людьми, чье тело было усовершенствовано технологиями, и побывать в виртуальной реальности.
В октябре 2016 года в Цюрихе пройдет первая в мире олимпиада для людей с ограниченными физическими возможностями - (Cybathlon ). На этом соревновании можно пользоваться теми устройствами, которые исключили из программы Паралимпийских игр. Некоторые уже окрестили это событие «олимпиадой для киборгов», поскольку немалый вклад в победу внесут технические приборы (рис. 6). Участники будут соревноваться в шести дисциплинах, используя электроприводные коляски, протезы и экзоскелеты, приборы для электрической стимуляции мышц и даже интерфейс «мозг-компьютер».
Рисунок 6. Кибатлон - первая олимпиада, в которой люди с ограниченными возможностями соревнуются друг с другом с помощью технических новинок. При победе одну медаль вручают спортсмену, вторую - разработчику механизма.
Спортсменов, управляющих машинами, окрестят «пилотами». В каждой дисциплине вручают две медали: одну - человеку, управляющему устройством, вторую - компании или лаборатории, разработавшей «чемпионский» механизм. По словам организаторов, главная цель соревнования - не только показать новые вспомогательные технологии для повседневной жизни, но и убрать границы между людьми с ограниченными физическими возможностями и широкой общественностью. Кроме того, как рассказал в интервью BBC профессор Роберт Райнер (Robert Riener) из Университета Швейцарии, олимпиада сможет свести вместе разработчиков и непосредственных пользователей новых устройств, что просто необходимо для совершенствования технологий: «Некоторые из современных разработок выглядят очень круто, но, чтобы стать практичными и удобными в применении, им предстоит проделать долгий путь» . Остается надеяться, что человеческая составляющая не потеряется во время соревнований, и Кибатлон не обернется рекламной гонкой оборудования разных компаний.
Posthumans: киборги и биоэтика
Новые имплантируемые технологии в целом воспринимаются обществом позитивно. Это и не удивительно: ведь они поддерживают, восстанавливают и улучшают здоровье, облегчают доступ к медицинским услугам, при этом они безопасны и в будущем могут значительно снизить затраты на здравоохранение в мировом масштабе. Однако стоит заговорить о таких пациентах как о киборгах, как тут же всплывают коннотации из научной фантастики (рис. 7). Основные опасения связаны со страхом за человечность человека : а что, если машины изменят человека, и он утратит свою человеческую сущность? Где граница между искусственным и естественным для человека и стоит ли использовать такое разделение для оценки какого-либо явления? Можно ли разделить пациента-киборга с вживленным прибором на две отдельные составляющие - человека и машину - или это уже цельный новый организм?
Кроме того, иногда даже в обычных больничных условиях невозможно разделить пациентов и аппараты для их поддержания . Медперсоналу нужно заботиться о технике так, как если бы она была не просто продолжением организма больного, но и им самим.
Активно обсуждается и различие между терапией и улучшением организма: therapy vs. enhancement , . Например, как бы вы отнеслись к соревнованию между барабанщиком, виртуозно владеющим двумя своими руками, и барабанщиком с одной своей рукой и рукой-протезом? А если бы вы узнали, что в протез встроены две барабанные палочки, одна из которых управляется датчиком, считывающим с мышц электромиограмму, а вторая не контролируется человеком и «импровизирует», подстраиваясь под первую палочку? Между прочим, такой протез вовсе не выдумка, а реальность : барабанщик Джейсон Барнс (Jason Barnes) потерял правую руку ниже локтя несколько лет назад и сейчас пользуется именно таким устройством (видео 3). «Спорю, что многие металлисты-барабанщики позавидовали бы тому, что я могу делать. Скорость - это хорошо. Всегда чем быстрее, тем лучше» , - говорит барабанщик-киборг.
Видео 3. Киборгу-барабанщику Джейсону Барнсу после потери части руки не было нужды прощаться с музыкальной карьерой: со специальным протезом он даст фору большинству своих коллег
Интересно, что споры ведутся не только о технике, но и о новых препаратах, улучшающих работу мозга. Появился даже специальный термин - нейроэтика - для обсуждения различных аспектов существования «улучшенных» с помощью нейроимплантов людей . А если оперировать понятием прогрессивных технологий более широко, то к киборгам можно отнести и людей с биотехнологическими «улучшениями»: например, реципиентов органов, созданных из индуцированных плюрипотентых клеток .
Своеобразным ответом на такие дискуссии стала лондонская выставка Superhuman в Wellcome Collection . На ней были представлены экспонаты, отражающие представления человека о совершенствовании своего тела: изображения летящего Икара , первые очки, «Виагра », фото первого «ребенка из пробирки», кохлеарные импланты... Может, именно тяга к улучшениям и новым разработкам - самая что ни на есть естественная для человека вещь?
По многим причинам прийти к единому мнению, что же делает человека человеком и кардинально отличает его, с одной стороны, от других живых существ, а с другой - от роботов, так и не удается.
Наконец, возникает еще один вопрос, о котором пока мало задумываются, - проблема безопасности и контролируемости. Как сделать подобные приборы устойчивыми к хакерским атакам ? Ведь незащищенность таких разработок может быть крайне опасной не только для самогό пользователя, но и для окружающих. Возможно, именно этот вопрос будет больше всего волновать следующее поколение пользователей (рис. 8).
Рисунок 8. Богатая фантазия японских сценаристов уже воплотила тему хакерства в жизнь: вдруг в будущем киборгам придется расследовать убийства, совершенные взломанными роботами?..
Пожалуй, управляемые извне люди-киборги - самое страшное . По крайней мере, на сегодня. Однако с нервными системами попроще это активно практикуют. Например, для поисковых и спасательных целей успешно используют насекомых-биоботов - к примеру, мадагаскарских тараканов (рис. 9) . Кроме того, такие модернизированные просто устроенные существа - еще и прекрасные опытные объекты для нейробиологии.
Рисунок 9. Биобот - существо с простой нервной системой, которую можно контролировать вживленной техникой. Повторить такое для мозга человека вряд ли удастся из-за сложной структуры органа.
Заключение
Киборги уже живут среди нас - нравится это отдельным представителям общественности или нет. Технические границы раздвигаются, и наверняка новые разработки улучшат качество жизни многим людям с ограниченными возможностями и помогут в медицинской практике.
«Я думаю, что будущее борьбы с хроническими заболеваниями - это имплантируемые устройства , - рассказывает Сэди Криз (Sadie Creese) из Школы Мартина Оксфордского университета. - Они будут измерять жизненно важные характеристики и отсылать их поставщику медицинских услуг, кто бы это ни был и где бы он не находился» . Таким образом, по мнению Сэди, можно себе представить консультантов и врачей по всему миру: в идеале любой местный врач мог бы получать оповещения о здоровье пациента с помощью одного-единственного приложения. Действительно, не исключено, что вся система ведения пациентов изменится уже в самое ближайшее время. Стόит окинуть взглядом быстро развивающуюся область вживляемых девайсов - и такой алгоритм уже не кажется несбыточным. А о мобильных приложениях и их применении в здравоохранении как раз и пойдет речь в
Судя по всему, теперь лишь вопрос времени, когда мы научимся пересаживать человеческий мозг внутрь механического тела. Терминология К выходу готовится новый документальный фильм «Невероятный Бионический Человек» (The Incredible Bionic Man). Один из героев данной ленты родился без левого предплечья и сейчас носит бионический протез. Формально, по определению, он киборг. Но лишь частично.
В некоем общекультурном понимании, киборг - это существо с полностью механическим телом. Как минимум, внешней механической оболочкой.
Давайте на секунду задумаемся над самими терминами «бионический» и «киборг». В большинстве случаев они взаимозаменяемы, и оба вошли в оборот в 60-х годах. «Бионический» (bionic) произошёл от biology (биологический) и electronic (электронный). «Киборг» (cyborg) состоит из cybernetic (кибернетический) и organism (организм). Оба термина описывают живые организмы, которые усилены или улучшены с помощью технических приспособлений. Во избежание путаницы, в рамках данной статьи я предлагаю остановиться на термине «киборг».
У многих слово «киборг» вызывает образ Робокопа или Дарта Вейдера. Хотя, конечно, это крайние формы кибернетического организма. Авторы этого термина, Манфред Клайнс (Manfred Clynes) и Нэйтан Кляйн (Nathan S. Kline), определяли его как «замена телесных функций человека для соответствия требованиям окружающей среды». Более того, с этой точки зрения авторы считали применение химических веществ не менее важным средством, как и электроника с механикой. Но в таком контексте можно назвать киборгом и Лэнса Армстронга, пожизненно дисквалифицированного за применение допинга. В любом случае, киборг немыслим без использования механических устройств и приспособлений.
Что мы имеем на сегодня?
Современные научно-технические достижения, накопленные за последние 50 лет, в сумме уже позволяют заменить 60-70% функций человеческого тела. В чём же мы больше всего преуспели бы, задайся целью создать киборга с наименьшим количеством органики?
Конечности
Наибольшего успеха учёные и конструкторы достигли в создании искусственных конечностей. Например, бионический протез i-Limb от компании Touch Bionics с помощью датчиков снимает сигналы с мышц, имеющихся на остатке/рудименте конечности, и интерпретирует как то или иное движение, которое пытается сделать человек.
Однако самой прорывной технологией сегодня является искусственная конечность, управляемая мысленно. В Агентстве оборонных технологий (DARPA) разработали механическую руку, которая подключается к мышечным нервам, так что человек может двигать ею, просто представив, что он двигает собственной рукой. Конечно, в домашних условиях такой протез установить не получится, если у вас нет собственной операционной и нейрохирурга.
Это не единственный проект подобного рода, в начале прошлого года публике была представлена искусственная нога, управляемая по тому же принципу, что и рука от DARPA. Со стороны это выглядит совершенно фантастически. За кадром пока остаются особенности эксплуатации и обслуживания подобного протеза, как и его очень высокая стоимость.
Кости
По нынешним меркам, одна из самых простых искусственных замен в организме. Чаще всего искусственные кости, от больших берцовых до позвонков, изготавливают из титана. Однако успехи в 3D-печати теперь позволяют создавать высокоточные пластиковые замены.
Учёные работают над ещё одним способом усиления скелета. Он заключается не в полной замене конкретной кости, а в её армировании с помощью вспененного полиуретана с добавлением титановой пудры и связующих компонентов. Авторы считают, что благодаря своей пористой структуре армирующий имплантат из подобной «титановой пены» будет обрастать костной тканью, тем самым сильно улучшив механическую прочность кости. Трудно сказать, смогут ли довести эту технологию до практического применения, но в целом идея заслуживает внимания.
Органы
Задача искусственного воспроизведения внутренних органов гораздо сложнее по сравнению с теми же конечностями. Дальше всего мы продвинулись в создании искусственного сердца, причём эта технология постоянно улучшается. Судя по всему, скоро станет возможным создание полноценных искусственных почки и глаза.
Некоторого успеха учёные добились на пути к созданию клеток искусственной печени, однако до воспроизведения самого органа ещё далеко. Ведутся работы и по созданию искусственного кишечника. Кроме всего перечисленного, ждут своих исследователей и искусственные мочевой пузырь, селезёнка, лимфатическая система, желчный пузырь… Не говоря уже о самом сложном органе в человеческом теле…
… о мозге
Пожалуй, это сложнейшая задача. Её можно условно разделить на две части: воспроизведение структуры мозга и разработку искусственного интеллекта. Инженеры неустанно пытаются с помощью суперкомпьютеров повторить нейронную сеть нашего «мыслительного» органа. Например, проект IBM SyNAPSE, моделирующий 530 млрд нейронов (человеческий мозг в среднем содержит 86 млрд). Однако скорость работы подобных компьютерных кластеров несопоставимо медленнее. SyNAPSE отстаёт в 1500 раз от настоящего мозга. Программному симулятору Spaun, запущенному на суперкомпьютере в Университете Ватерлоо, понадобилось 2,5 часа для симуляции 1 секунды активности человеческого мозга.
Другим подходом может стать ограничение размера искусственной нейронной сети ради увеличение быстродействия. В качестве примера выступает специализированный компьютер Neurogrid. Он содержит 16 чипов, каждый из которых представляет собой 65 тыс. «нейронов». Потребляет эта малютка всего лишь 5 Вт (IBM Blue Gene/Q Sequoia потребляет 8 МВт). Около 80 настраиваемых параметров позволяют моделировать различные виды нейронов. Для связи между ними используется цифровой сигнал, а для вычислений - аналоговый. По утверждению разработчиков, Neurogrid, эмулирующий работу всего лишь 1 млн нейронов, при простых вычислениях по быстродействию сравним с настоящим мозгом.
Конечно, само по себе воспроизведение нейронной сети ещё не сделает её искусственным мозгом. Нужно научить её «думать». Сложность задачи по созданию искусственного интеллекта сложно переоценить, это один из крупнейших вызовов современной науки. Небольшие подвижки в этом направлении есть, среди широкой общественности наиболее известна Siri в продукции Apple. Однако многие учёные сомневаются в том, что создание искусственного интеллекта, сравнимого с человеческим, в принципе достижимо при современном уровне развития науки и техники.
В сухом остатке
В рамках этой статьи вопрос о создании искусственного мозга имеет лишь умозрительный характер. Ведь существо (машина?) с таким органом уже не может называться киборгом по определению. Поэтому, просуммировав всё вышесказанное, целесообразно упростить задачу. Поставим вопрос так: «Насколько мы близки к созданию киборга с живым мозгом и полностью искусственным телом»? В целом, технологически, в ближайшие 20 лет вряд ли стоит ожидать появления первых «цельномеханических» киборгов.
Существует и иная точка зрения. В соответствии с ней будущие полноценные киборги будут иметь не искусственное тело, а органическое, но выращенное в лабораторных условиях. Причём это тело будет иметь целый ряд улучшений по сравнению с «обычными» людьми. Однако здесь возникает целый ряд вопросов. В первую очередь: как называть таких существ?
Важным аспектом в создании полноценного киборга является наша социальная и этическая неготовность к принятию этого события. Посмотрите, например, как тяжело проникает в общество идея клонирования. Создание людей с механическим телом, а особенно с улучшенным биологическим, многими будет расценено как присвоение человеком божественной роли Создателя. У этого мнения будет немало сторонников, и, возможно, понадобится не одно десятилетие для сглаживания социального и религиозного неприятия.
Сегодня мы находимся в самом начале развития биотехнологий. Сегодня очень трудно предсказать, каким будет (и будет ли) киборг будущего. Вероятнее всего, механическое тело будут делать максимально похожим на настоящее. Так что образ Робокопа так и останется невоплощённой в жизнь кинофантазией.