0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Человеческий мозг обогатят искусственными нейронами

Сплести нейросети: искусственный разум свяжут с мозгом человека

Нейросети глубокого обучения помогут не только расшифровать принципы деятельности мозга человека, но и наладить с ним постоянную связь. Такую идею разрабатывают сейчас в лаборатории нейрокомпьютерных интерфейсов МГУ им. М.В. Ломоносова. Для начала ученые хотят загрузить в компьютер как можно больше электроэнцефалограмм (ЭЭГ) и поставить перед нейросетями задачу обнаружить отличия в них при простых командах — например, повернуть направо/налево. Если связь между искусственным и человеческим интеллектами будет установлена, люди смогут оперировать в тысячи раз большими объемами информации, при этом не нарушая обусловленные человеческой природой естественные проявления чувств, эмоций и сознания.

Не уменьем, а числом

Попытки расшифровать команды человеческого мозга до сих пор были сведены лишь к увеличению количества электродов, которые ученые пытаются имплантировать в мозг. Даже Илон Маск, выступая недавно на презентации достижений проекта «Нейролинк», рассказывал о совершенствовании технологии множественного вживления электродов в мозг, чтобы регистрировать активность десятков тысяч нервных клеток.

Однако руководитель лаборатории нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, профессор Александр Каплан считает, что эти попытки вряд ли позволят расшифровать команды мозга и получить качественно новые знания о механизмах его работы.

— Что даст регистрация десятков тысяч нейронов, если только у крыс их 200 млн, а у человека более 86 млрд? — задался он вопросом.

Ученый считает, что здесь нужен новый подход, ориентированный на взаимную коммуникацию между мозгом и вычислительными системами. Это вполне возможно, если коммуникационный канал будет строиться одновременно с двух сторон: от мозга на основе его умения «прислушиваться» к запросам внешней среды и от компьютера с модулями искусственного интеллекта, способными научиться распознавать команды мозга.

Специфический язык общения

Практическая реализация данного подхода состоит в том, чтобы перед мозгом и искусственной нейронной сетью (ИНС) поставить единую задачу: подстроиться друг под друга, чтобы формировать и принимать понятные для обеих сторон команды. Для ИНС это типовая задача на распознавание образов. Только образами выступают не номера автомобилей и не лица преступников, а показатели ЭЭГ, в которых отражаются намерения человека.

Новизна проекта заключается в том, что результаты работы нейросети будут в каком-то виде сообщать мозгу, который в свою очередь станет перестраивать свою активность, чтобы становиться все более понятным для компьютера. В результате может случиться невероятное –– между мозгом и компьютером без вмешательства исследователей выработается специфический язык общения.

Эксперимент состоит в следующем. На вход нейросети будут подавать ЭЭГ, записанные у испытуемых. Например, когда они представляют движение своей левой или правой руки. Задача ИНС — найти различия. Исходно их может даже не быть, но поскольку мозг и нейросеть заинтересованы получить результат — мозг будет перебирать возможности (изменять ЭЭГ) стать понятным ИНС, а она перестроит свою структуру, чтобы оценить эти усилия.

Важно, что в ходе тренировки по мере обучения ИНС впервые в мире сама по себе станет объектом фундаментального нейрофизиологического исследования. Ведь не будучи ангажированной «знаниями» о природе и феноменологии ЭЭГ, о разных альфа-бета-ритмах, обученная различать состояния мозга, нейросеть будет содержать в себе найденные ей самой признаки ЭЭГ, по которым она делает правильные выводы, — то есть, например, отличить поворот направо от поворота налево. Это и будет наиболее интересным для нейрофизиологов, которые в данном случае придут «на готовое». Впервые важные признаки ЭЭГ будут найдены не лабораторными анализами, а в процессе взаимодействия на линии «мозг — искусственный интеллект».

Читать еще:  Эксперты бьют тревогу из-за запрета на закупку импортного дыхательного оборудования

— Уже не будет резона исследователям «вручную» выбирать взятые из учебников показатели ЭЭГ, например, пресловутый альфа-ритм, чтобы построить на них команды от мозга к исполнительным системам, — пояснил Александр Каплан. — Сейчас такой выбор выглядит противоестественным, — ведь тот же альфа-ритм в ЭЭГ наверняка отражает какой-то важный мозговой процесс и заставлять этот процесс работать в качестве мозговых команд, все равно, что использовать давление в паровом котле для передачи сообщения в коде Морзе. А если дать возможность мозгу самостоятельно «договориться» с нейросетью, какие именно признаки ЭЭГ могут быть использованы в качестве команд, то будет получен настоящий канал связи между двумя интеллектами.

Не конкурент, а помощник

При успешной реализации идеи наладить прямой канал связи между ИНС и мозгом перед человеком откроются совершенно новые возможности: к примеру, можно будет рассчитывать на управление ячейками процессоров в качестве дополнительной памяти и для размещения в них наиболее трудных для мозга переборных операций.

По мнению директора Института перспективных исследований мозга МГУ имени М. В. Ломоносова, члена-корреспондента РАН Константина Анохина, такой эксперимент может принести масштабные результаты.

— Искусственные нейросети открывают необычайные возможности для нейронауки. Если в медицине они способны диагностировать заболевания, то в активности мозга они обучаются распознавать внутреннюю речь, образы, движения, даже намерения к ним, — подчеркнул он. — Однако это только одна сторона разворачивающейся сегодня истории — использовать обучаемость искусственной сети для распознавания намерений у естественной. Но естественная нейронная сеть тоже способна к обучению. Оригинальная идея профессора Каплана, реализуемая сейчас в его лаборатории, состоит в том, чтобы замкнуть эти две обучающиеся сети в кольцо с постоянной обратной связью друг с другом. Я не видел еще работ с подобным замыслом.

В том, что у этой идеи большое будущее, уверен и научный руководитель Центра биоэлектрических интерфейсов Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ, старший научный сотрудник Центра нейроинженерии Университета Дьюка (США) Михаил Лебедев.

— Особенно интересна идея взаимодействия искусственного интеллекта с активностью мозга, — ведь такой интеллект сможет подобрать наиболее подходящие для интерфейса зрительные (и, потенциально, слуховые и тактильные) стимулы, — отметил эксперт. — Качество считывания мыслей несомненно улучшится. Такие нейроинтерфейсы будут очень полезны в медицине — для восстановления функций у больных с неврологическими поражениями и для ускорения их реабилитации.

Если российским ученым удастся наладить устойчивый канал связи, искусственный интеллект станет не конкурентом, а помощником мозгу человека, который обеспечит его творческий потенциал огромной памятью и быстродействием. Человека на этом пути ждут не только новые фундаментальные открытия, но и значительное расширение его возможностей. Он сможет мгновенно подключаться к разным языковым базам, что даст ему возможность говорить на любых языках без длительного обучения, оперировать в тысячи раз большими объемами информации. При этом человек останется человеком. Фантасмагорическая идея порабощения его искусственным интеллектом навсегда уйдет в прошлое.

Человеческий мозг обогатят искусственными нейронами

Нейробиологи из Университета Саутгемптона заявили о новых исследованиях в области наноэлектриники. Специалисты соединяют мозг и искусственные нейроны через интернет в виртуальной лаборатории. Созданная ими система не имеет аналогов и вызвала много споров со стороны экспертов. Она соединила искусственные нейроны вместе с живыми при помощи мемристора.

Сокрытая и невидимая пандемия: загрязнение воздуха для человека опаснее любых вирусов

Удивительной особенностью этого эксперимента стал тот факт, что объединяемые элементы находились в разных точках земного шара и были связаны только с помощью всемирной паутины. Однако расстояние не стало важным препятствием. Сеть функционировала, нейронная нагрузка показала эффективность работы.

Читать еще:  Digital Pharma 2019: новые смыслы цифровизации фармотрасли

В основе этих процессов лежат соединения нейронов, которые называются синапсы. Они способны хранить информацию и распределять ее между клетками. Те технологии, которые сегодня считаются передовыми, уже способны создавать синапсы и искусственные нейроны, соединяя человеческий мозг и компьютер. С помошью мемристоров синапсы проявляют свое уникальное биологическое свойство, оно называется долговременной потенциацией.

Код мозга: нейробиологи определили мозговой код, который помогает человеку ориентироваться

Проявляется это так: если один нейрон воздействует на протяжении длительного времени во время мередачи информации на другой, то эффективность передачи и восприятия сигнала становится меньше. Международная группа ученых, куда вошли специалисты из Великобритании, Германии, Италии и Швейцарии иразработали особую систему, которая соединяет искусственные и нейроны с мозгом человека, и биологическим способом передает сигналы в обоих направлениях.

В этой сети первым элементом является кремниевый нейрон. Он является определенной интегральной ячейкой, где содержатся миллионы транзисторов. Он генерирует электросигналы, а затем с помощью микроскопического электрода перенаправляет сигнал на нейрон в участок головного мозга — гиппокамп.

Такой опыт на лабораторных грызунах провели ученые, и в ходе эксперимента подтвердилось: мозг мыши принимает сигнал искусственного нейрона. Ученым удалось зафиксировать всплески активности от нейронов в Италии, которые посылались через интернет, распределяясь по синапсам.

Ответы на них были отправлены в Цюрихе в форме пиковой активности в режиме реального времени. Исследователи считают, что их инновация вызовет интерес со стороны ученых, занимающихся проблемами состояния нейронов человеческого мозга и соответствующих заболеваний.

Человеческий мозг обогатят искусственными нейронами

Неизвестно, доживем ли мы до создания киборгов, но наши дети, скорее всего, да. Ученые не зря создают все более подробную карту мозга, пришло время найти ей более чем диагностическое применение.

Уже существует наноэлектроника, которая выглядит, двигается и работает как настоящие нейроны. Специалисты говорят, что такие имплантаты, спрятанные в головном мозге, обеспечат наилучший способ лечения болезни Альцгеймера, посттравматического стрессового расстройства или даже улучшат когнитивные способности.

В статье, опубликованной в журнале Nature Biotechnology, Шон Патель, преподаватель Гарвардской медицинской школы и Массачусетской больницы общего профиля, и Чарльз Либер, профессор Университета Джошуа, а также Бет Фридман, утверждают, что нейротехнологии находятся на пороге крупного прорыва. Ученые долго объединяли дисциплины, чтобы решать проблемы, выходящие за рамки отдельной области. И теперь плоды созрели.

«Ближайшая граница — слияние человеческого познания с машинами», — говорит Патель.

Само по себе управление электрической активностью мозга совсем не ново. Так, уже на протяжении десятилетий врачи используют электроды, имплантированные в мозг, чтобы облегчить тремор у пациентов с болезнью Паркинсона.

Во время имплантации пациенты с болезнью Паркинсона бодрствуют, поэтому хирурги могут калибровать электрические импульсы. «Вы не сходя с места можете наблюдать, как человек восстанавливает контроль над своими конечностями», — восхищается Патель, — «Это поражает меня».

Но современные датчики ограничены из-за их размера и негибкости. «Мозг мягкий, а имплантаты жесткие», — продолжает Патель, — «Кроме того, каждый электрод выглядит как карандаш. Он большой».

Большие электроды подчас действуют, если не как слон в посудной лавке, то как медведь, определенно. Они стимулируют больше областей, чем намечалось, иногда вызывая серьезные побочные эффекты вроде нарушения речи.

Кроме того, со временем иммунная система мозга воспринимает жесткие имплантаты как инородные объекты: глиальные клетки мозга поглощают потенциального захватчика, при этом вытесняя или даже убивая родные нейроны и снижая способность устройства поддерживать лечение.

Но около четырех лет назад, когда Шон Патель впервые обнаружил сверхгибкие альтернативы Чарльза М. Либера и понял: «вот оно — будущее интерфейсов мозг-машина!»

Ячеистая (mesh) электроника Либера по своим размерам соответствует мозговым нейронам и почти не вызывает иммунного ответа благодаря своим клеточным и субклеточным характеристикам и жесткости при изгибе, естественной для мозга.

Читать еще:  Что такое экссудативный синовит?

При тесном длительном соседстве с живыми нейронами такие имплантаты способны собрать очень точную информацию о нейронном взаимодействии во время здоровья и болезни, построив коммуникационную карту мозга на клеточном уровне.

Меш-электронику можно настроить для лечения любого неврологического расстройства. Ученые уже продемонстрировали, как такие имплантаты направляют новорожденные нейроны в области, поврежденные инсультом.

«Потенциал совершенно выдающийся», говорит Патель, — «Я вижу перспективы на уровне того, что начиналось когда-то с транзистора или телекоммуникаций».

Адаптивные электроды могут обеспечить невероятно точный контроль над протезами или даже парализованными конечностями. Они смогут действовать как нейронные заменители, восстанавливая поврежденные нейронные цепочки с помощью нейробиоуправления.

Человеческий мозг обогатят искусственными нейронами

Человеческий мозг обогатят искусственными нейронами

Неизвестно, доживем ли мы до создания киборгов, но наши дети, скорее всего, да. Ученые не зря создают все более подробную карту мозга, пришло время найти ей более чем диагностическое применение.

Уже существует наноэлектроника, которая выглядит, двигается и работает как настоящие нейроны. Специалисты говорят, что такие имплантаты, спрятанные в головном мозге, обеспечат наилучший способ лечения болезни Альцгеймера, посттравматического стрессового расстройства или даже улучшат когнитивные способности.

В статье, опубликованной в журнале Nature Biotechnology, Шон Патель, преподаватель Гарвардской медицинской школы и Массачусетской больницы общего профиля, и Чарльз Либер, профессор Университета Джошуа, а также Бет Фридман, утверждают, что нейротехнологии находятся на пороге крупного прорыва. Ученые долго объединяли дисциплины, чтобы решать проблемы, выходящие за рамки отдельной области. И теперь плоды созрели.

«Ближайшая граница — слияние человеческого познания с машинами», — говорит Патель.

Само по себе управление электрической активностью мозга совсем не ново. Так, уже на протяжении десятилетий врачи используют электроды, имплантированные в мозг, чтобы облегчить тремор у пациентов с болезнью Паркинсона.

Во время имплантации пациенты с болезнью Паркинсона бодрствуют, поэтому хирурги могут калибровать электрические импульсы. «Вы не сходя с места можете наблюдать, как человек восстанавливает контроль над своими конечностями», — восхищается Патель, — «Это поражает меня».

Но современные датчики ограничены из-за их размера и негибкости. «Мозг мягкий, а имплантаты жесткие», — продолжает Патель, — «Кроме того, каждый электрод выглядит как карандаш. Он большой».

Большие электроды подчас действуют, если не как слон в посудной лавке, то как медведь, определенно. Они стимулируют больше областей, чем намечалось, иногда вызывая серьезные побочные эффекты вроде нарушения речи.

Кроме того, со временем иммунная система мозга воспринимает жесткие имплантаты как инородные объекты: глиальные клетки мозга поглощают потенциального захватчика, при этом вытесняя или даже убивая родные нейроны и снижая способность устройства поддерживать лечение.

Но около четырех лет назад, когда Шон Патель впервые обнаружил сверхгибкие альтернативы Чарльза М. Либера и понял: «вот оно — будущее интерфейсов мозг-машина!»

Ячеистая (mesh) электроника Либера по своим размерам соответствует мозговым нейронам и почти не вызывает иммунного ответа благодаря своим клеточным и субклеточным характеристикам и жесткости при изгибе, естественной для мозга.

При тесном длительном соседстве с живыми нейронами такие имплантаты способны собрать очень точную информацию о нейронном взаимодействии во время здоровья и болезни, построив коммуникационную карту мозга на клеточном уровне.

Меш-электронику можно настроить для лечения любого неврологического расстройства. Ученые уже продемонстрировали, как такие имплантаты направляют новорожденные нейроны в области, поврежденные инсультом.

«Потенциал совершенно выдающийся», говорит Патель, — «Я вижу перспективы на уровне того, что начиналось когда-то с транзистора или телекоммуникаций».

Адаптивные электроды могут обеспечить невероятно точный контроль над протезами или даже парализованными конечностями. Они смогут действовать как нейронные заменители, восстанавливая поврежденные нейронные цепочки с помощью нейробиоуправления.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector