Нейробіологи неінвазивно об'єднали мізки трьох людей в мережу

Американські вчені представили BrainNet - систему інтерфейсу мозок-мозок, яка неінвазивно приймає сигнал від мізків двох людей за допомогою електроенцефалограми і передає його третій людині через транскраніальну магнітну стимуляцію. За допомогою такого інтерфейсу дослідникам вдалося навчити добровольців грати в гру на зразок тетрису: отримуючи інструкції від двох людей третій людині вдалося виграти більш ніж у 80 відсотках випадків. Препринт статті опубліковано на arXiv.

Оновлено: 16 квітня 2019 року статтю опублікували в журналі.

Для ефективної роботи інтерфейсів мозок-мозок (brain-to-brain interfaces) доводиться використовувати інвазивні технології. Наприклад, з'єднувати мізки в мережу, яка дозволяє вирішувати кілька завдань, у 2015 році навчилися вчені з Університету Дьюка: для цього вони використовували електроди, вживлені в мозок трьох макак. Багато в чому з етичних міркувань інвазивний моніторинг і стимуляцію майже не використовують для експериментів за участю здорових людей, через що створення людських інтерфейсів мозок-мозок технічно ускладнено. Тим не менш, для цього можна використовувати сучасні неінвазивні методи моніторингу та стимуляції: наприклад, електроенцефалографію (ЕЕГ) і транскраніальну магнітну стимуляцію (ТМС).

Зробити подібний інтерфейс вирішили вчені під керівництвом Лінсяня Цзяна (Linxing Jiang) з Вашингтонського університету. У їхньому експерименті взяли участь 15 осіб, яких розділили на п'ять трійок. У кожній трійці дві людини виконували роль передавачів, а третій - роль одержувача: активність мозку перших двох людей зчитувалася за допомогою ЕЕГ, а активність мозку третього регулювалася за допомогою ТМС. Кожній трійці необхідно було зіграти в гру, що нагадує тетріс: у грі з'являвся квадратний блок, який можна було перевернути, щоб заповнити ряд. Передавачі могли бачити ряд і знали, чи потрібно перевертати блок; при цьому одержувач ряд не бачив, але приймав рішення про те, чи перевернути блок, саме він.

При прийнятті рішення передавачам необхідно було дивитися на лампочку (праворуч або ліворуч - залежно від того, перевертати або не перевертати блок), миготливої з різною частотою, в результаті чого формувався сигнал, який передавався за допомогою ТМС до зорової кори одержувача. Стимуляція зорової кори (нижче або вище порогу - залежно від відповіді) викликала появу фосфену - зорового відчуття, через яке з'являється невелика пляма, що світиться. Якщо одержувач бачив такий фосфен, то він вирішував перевертати блок, якщо ні - то не перевертав.

За допомогою розробленого інтерфейсу одержувачам вдалося правильно розташувати фігуру в 81,25 відсотка випадків, що значно вище випадкового попадання. Крім того, вченим вдалося навчити одержувача виділяти правильну відповідь на тлі шуму: для цього вони попросили одного з учасників-передавачів давати навмисне неправильні відповіді. Виявилося, що одержувача можна не тільки навчити приймати рішення на основі активності мозку передавачів, а й навчити визначати, яке з двох рішень правильне.

Варто уточнити, що інтерфейси мозок-мозок вже розроблялися раніше: тим не менш, у новій роботі вченим вперше вдалося зробити подібний інтерфейс за участю більше двох суб'єктів.

Незважаючи на те, що для досліджень за участю людей найчастіше використовуються неінвазивні методи стимуляції і нейровізуалізації, досліджувати мозок глибше можна, наприклад, за допомогою пацієнтів з епілепсією: в кору їх головного мозку для аналізу нападів часто вживляють електроди. Наприклад, минулої осені за допомогою інвазивного моніторингу активності нейронів вченим вдалося визначити різницю між усвідомленим і неусвідомленим сприйняттям, а за допомогою стимуляції - змусити пацієнта бачити обличчя і веселку.