Исследователи говорят, что когда-нибудь они смогут воссоздать опыт, восприятие и ощущения с помощью устройства размером с рюкзак.
Мы все видели научно-фантастические фильмы, такие как «Вспомнить все» и «Вечное сияние чистого разума», где у персонажа стирается память. Еще более пугающая труппа, иногда персонаж проникается ложной памятью. Хотя обычно ученые относят к миру фантастики, современные ученые из реальной жизни верят, что у них есть машина, которая может делать такие вещи, известная как голографический модулятор мозга.
Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли разрабатывают его, подробности которого недавно были опубликованы в журнале Nature Communications. Здесь определенно есть масса возможностей для неправильного использования, но машина также может принести невероятные преимущества, например, помочь пациентам восстановить утраченные воспоминания или даже чувства. Это также может привести к тому, что исследования в области нейробиологии переместятся в стратосферу.
Мозговой модулятор отслеживает, а затем изменяет нейронную активность. Он делает это, изолируя определенные наборы нейронов, сначала десятки, затем сотни, а затем тысячи одновременно, и стимулируя их по определенным схемам, которые имитируют подлинную активность мозга. В результате он способен обмануть мозг, заставив его поверить, что он почувствовал, увидел или испытал событие или явление, которое никогда не происходило.
Для тех, кто потерял чувства или конечности, это может быть находкой. Рассмотрим человека с ампутированной конечностью, у которого искусственная рука. Такая технология могла бы восстановить осязание. А как насчет слепого человека, у которого есть роботизированный глаз? Этот прорыв может помочь в сборе и интерпретации визуальных данных для мозга, позволяя глазу работать так же, как настоящий.
Мы обычно думаем о голограммах как о трехмерных изображениях, плавающих в пространстве, но на самом деле это искривление света в определенные трехмерные формы. Изображение предоставлено: Getty Images.
Алан Мардинли - докторант Калифорнийского университета в Беркли и один из трех соавторов проекта. Он сказал в пресс-релизе,
Это имеет большой потенциал для нейронных протезов, поскольку обладает точностью, необходимой мозгу для интерпретации паттерна активации. Если вы можете читать и писать на языке мозга, вы можете говорить с ним на его собственном языке, и он сможет лучше интерпретировать сообщение. Это один из первых шагов на долгом пути к разработке технологии, которая могла бы стать виртуальным мозговым имплантатом с дополнительными или улучшенными органами чувств.
Пока это тестировали на лабораторных мышах. С обездвиженными головами их заставляли ходить по беговым дорожкам. Затем ученые Калифорнийского университета в Беркли использовали эту технику для нацеливания на определенные нейроны, стимулируя поверхность части мозга, называемой соматосенсорной корой. Это область толщиной всего в одну десятую миллиметра. Это моторный центр мозга, который контролирует такие вещи, как зрение и осязание.
Ученые ставили голографические препятствия на пути мышей, когда они шли. Это происходило внутри их мозгов, как иллюзия. Хотя ученые не заметили никаких изменений в поведении, мониторинг показал, что мозг каждой мыши реагировал так, как если бы препятствие было реальным. Теперь ученые Калифорнийского университета в Беркли разрабатывают способы точного определения поведения мыши после стимуляции устройством.
Для моделирования препятствий использовалась компьютерная голография. Голография - это практика преобразования и фокусировки света в трехмерные формы. Процесс работает, фокусируя внимание на трехмерной области мозга, состоящей из тысяч различных нейронов. Оттуда выбираются отдельные нейроны, каждый размером с человеческий волос. Модулятор активирует 50 из них одновременно, используя трехмерную лазерную технику. Сначала активируется одна мешанина из 50, потом еще и еще. Это действие повторяется до 300 раз в секунду.
Техника, которую машина использует для создания голограммы, называется трехмерной безсканирующей голографической оптогенетикой с временной фокусировкой (3D-SHOT). Сначала устанавливается жидкокристаллический экран. Это действует как фотографический негатив, но вместо этого является голографическим. Используя негатив, ученые формируют свет от лазеров мощностью 40 Вт в любой выбранный ими трехмерный узор внутри мозга. Лазерные импульсы испускаются каждую микросекунду импульсами длительностью всего лишь фемтосекунда (одна квадриллионная доля секунды), чтобы поддерживать голограмму.
Образец голограммы с 50 случайно распределенными нейронами-мишенями, охватывающими область площадью 500 микрон и глубиной 250 микрон. Изображение предоставлено Калифорнийским университетом в Беркли.
Самым большим прорывом стала изоляция определенных отдельных нейронов и активация их без воздействия на соседние. Возможность точного нацеливания на нейроны является важным достижением, которое, вероятно, вдохновит другие инновации. Пока что исследователи проверили эту технику только на небольшом участке мозга. Необходимо провести гораздо больше исследований, чтобы доказать, что это может стимулировать другие области. Более того, машина огромных размеров.
ОднакоУченые Калифорнийского университета в Беркли считают, что со временем они смогут уменьшить его до размеров рюкзака. Они также будут записывать различные шаблоны и заставлять мозг мыши воспроизводить их, чтобы увидеть, всегда ли каждый конкретный шаблон приводит к одной и той же реакции. Они верят, что со временем у них будет возможность контролировать активность нейронов в коре головного мозга и, таким образом, они смогут воссоздать любое восприятие или ощущение, о которых только можно подумать.
Хотите посмотреть видеозапись, на которой ученые используют эту технику в соматосенсорной коре головного мозга мыши? Нажмите ниже. (Обратите внимание, что активированные нейроны флуоресцируют зеленым светом, а фиолетовая стрелка указывает на активирующий их лазерный свет).