Присмотревшись к животному миру, вы увидите поразительное разнообразие периферийных сенсоров, которые использует мозг разных животных. У змей есть датчики температуры, гимнотообразные рыбы обладают особыми органами, которые регистрируют изменения электрического поля. У коров и птиц имеется компас, при помощи которого они могут ориентироваться в магнитном поле Земли. Некоторые животные способны видеть в ультрафиолетовом свете. Слоны слышат звуки на огромном расстоянии, а собаки живут в богатом мире запахов. Горнило естественного отбора – это пространство для экспериментов, и приведенные примеры – лишь некоторые из способов, найденных генами, чтобы передавать данные из окружающего мира в мир внутренний. В конечном счете эволюция создала мозг, который способен воспринимать разные срезы реальности.
Я хотел бы подчеркнуть, что в тех органах чувств, к которым мы привыкли, возможно, нет ничего особенного. Они просто унаследованы нами от сложной истории эволюционных ограничений. Нам не обязательно за них держаться.
Главное доказательство истинности этой идеи дает нам концепция, получившая название сенсорного замещения, когда сенсорная информация подается по необычным каналам, например, зрительная – путем осязания. Мозг сам решает, что делать с этой информацией, поскольку ему безразлично, каким образом поступают данные.
На первый взгляд сенсорное замещение похоже на научную фантастику, однако это явление – установленный факт. О первой его демонстрации рассказал журнал Nature в 1969 г. В своей статье нейробиолог Бах-и-Рита продемонстрировал, что слепые люди могут научиться «видеть» предметы, даже если зрительная информация поступает к ним необычным путем. Слепых усаживали в модифицированное зубоврачебное кресло, и видеосигнал с камеры подавался на матрицу из маленьких поршней, прижатых к пояснице. Другими словами, если вы рисуете перед камерой круг, участник эксперимента почувствует круг на своей спине. Как это ни удивительно, слепые люди начинали распознавать объекты и чувствовали увеличение размера приближающихся предметов. В определенном смысле они могли видеть спиной.
Четыре метода доставить зрительную информацию в мозг через необычные сенсорные каналы: поясницу, уши, лоб и язык.
Это был первый пример сенсорного замещения; за ним последовали другие. Современные варианты данного подхода включают превращение видеосигнала в звуковой поток или серию слабых электрических импульсов на лбу или на языке.
Примером последнего метода может служить устройство размером с почтовую марку под названием BrainPort, которое посылает слабые электрические импульсы через крошечную пластинку, прикрепленную к языку. Слепой человек надевает темные очки с вмонтированной в них маленькой камерой. Пиксели камеры преобразуются в электрические импульсы, прикладываемые к языку, – ощущается нечто вроде покалывания, как от газированного напитка. Лишенные зрения люди могут с большим искусством пользоваться прибором, обходя препятствия или забрасывая мяч в баскетбольную корзину. Слепой спортсмен Эрик Вейхенмайер использует BrainPort при скалолазании, определяя положение утесов и трещин по рисунку импульсов на языке.
Возможность «видеть» языком кажется безумием, но следует помнить, что зрение – это всего лишь электрические сигналы, поступающие во тьму вашего черепа. Обычно они приходят по зрительным нервам, однако нет никакой причины, почему эта информация не может поступать по другим каналам. Сенсорное замещение демонстрирует, что мозг берет все поступающие данные, независимо от источника, и выясняет, что он может из них получить.
Один из проектов, которым занимается моя лаборатория, – построение платформы для сенсорного замещения. В частности, мы разработали пригодную для ношения на теле технологию, которую назвали VEST (регулируемый экстрасенсорный датчик). Это устройство укрепляется под одеждой и снабжено крошечными вибродвигателями. Вибродвигатели преобразуют потоки данных в динамические рисунки вибрации на туловище. Мы используем VEST для возвращения слуха глухим людям.
Через пять дней использования VEST человек, родившийся глухим, мог правильно различать произнесенные слова. Наши эксперименты находятся еще на ранней стадии, но мы предполагаем, что через несколько месяцев ношения VEST у испытуемых сформируется непосредственное восприятие – некий эквивалент слуха.
Может показаться странным, что человек будет слышать с помощью вибраций на своем теле. Но, как и в случае зубоврачебного кресла или сетки на языке, суть состоит в следующем: мозгу все равно, откуда получать информацию, пока он ее получает.
Дополнительные чувства
Сенсорное замещение прекрасно подходит для обхода поврежденных органов чувств. Но нельзя ли использовать эту технологию для расширения диапазона нашего сенсорного восприятия? С этой целью мы с моими студентами добавляем новые чувства к тому набору, которым обладает человек, пытаясь обогатить наше восприятие мира.
Рассмотрим следующий пример. Интернет – это поток петабайтов интересной информации, но в настоящее время доступ к ней мы можем получить только с помощью смартфона или экрана компьютера. Что, если бы эти данные могли непосредственно поступать в мозг, формируя картину мира? Другими словами, что, если бы вы могли чувствовать эти данные? Например, прогноз погоды, биржевые сводки, сообщения в Твиттере, данные приборов самолета или информацию о положении дел на заводе – закодированные в виде нового вибрационного языка, который учится понимать мозг. Занимаясь повседневными делами, вы сможете напрямую воспринимать, идет ли дождь в тысяче километров от вас или выпадет ли завтра в вашем городе снег. Или почувствуете, куда движется фондовый рынок, бессознательно оценивая тенденции мировой экономики. Или поймете новые веяния в Твиттере и таким способом узнаете о мыслях других людей.
Для сенсорного замещения у глухих мы с моим аспирантом Скоттом Новичем разработали VEST. Этот носимый на теле прибор улавливает звуки из окружающей среды и передает на маленькие вибродвигатели, закрепленные на туловище. Двигатели активируются в определенной последовательности в зависимости от частоты звука. Таким образом звук превращается в переменную последовательность вибраций.
Поначалу вибрационные сигналы не имеют смысла. Но потренировавшись, мозг понимает, что делать с этими данными. Глухие люди могут переводить сложные последовательности вибраций на теле в осмысленные слова. Мозг обучается бессознательно расшифровывать вибрации – примерно так же слепой человек без труда читает шрифт Брайля.
VEST способен кардинально изменить жизнь глухих людей. В отличие от имплантата улитки он не требует оперативного вмешательства. Кроме того, он в двадцать раз дешевле, что будет способствовать его широкому распространению.
Потенциал VEST гораздо шире: он может не только преобразовывать звук, но и послужит платформой для передачи в мозг информации любого рода.
Видеоматериалы о работе VEST можно найти на сайте eagleman.com.
Все это звучит как научная фантастика, но такое будущее уже не за горами – и все благодаря таланту мозга обнаруживать закономерности, даже когда мы не прилагаем к этому сознательных усилий. Эта хитрость позволит нам получать сложные данные и встраивать в сенсорное восприятие мира. Получение новых потоков данных будет казаться легким и непринужденным, подобно чтению этой страницы. Однако, в отличие от чтения, дополнительные чувства станут способом получения новой информации о мире без участия сознания.
В настоящее время мы не знаем ограничений – если таковые вообще существуют – на данные, которые способен воспринять мозг. Но уже понятно, что мы больше не дети природы, которым для сенсорной адаптации приходится ждать медленного течения эволюции. Мы будем изобретать для себя все больше сенсорных порталов в окружающий мир. Мы встроим себя в расширившуюся сенсорную реальность.
Как получить более совершенное тело
Восприятие мира – лишь половина дела. Вторая половина связана с взаимодействием с ним. Может ли пластичность мозга использоваться не только для модификации наших органов чувств, но и способов нашего соприкосновения с окружающим миром?
Познакомьтесь с Джейн Шойерманн. Вследствие редкого генетического заболевания у нее дегенерировали нервные волокна спинного мозга, идущие от головного мозга к мышцам. Она чувствует свое тело, но не может управлять им. Вот как описывает свое состояние сама Джейн: «Мозг говорит руке: «Поднимись», а рука отвечает: «Я тебя не слышу». Паралич всего тела сделал ее идеальным кандидатом для нового исследования, которое проводилось на медицинском факультете Питтсбургского университета.
Исследователи имплантировали два электрода в левую двигательную зону коры головного мозга Джейн, последнюю остановку, после которой сигналы, управляющие рукой, направляются в спинной мозг. Электрическую активность коры переводили в сигналы для компьютера, чтобы определить намерение Джейн, а затем использовали для управления самой сложной в мире роботизированной рукой.
Когда Джейн хотела пошевелить роботизированной рукой, она просто думала об этом. Обычно Джейн обращалась к руке в третьем лице: «Поднимись вверх. Теперь вниз, ниже, ниже. Направо. Возьми. Отпусти». И рука повиновалась указаниям. Джейн произносила команды вслух, но это не обязательно. Между ее мозгом и роботизированной рукой существовала прямая связь. Джейн рассказывала, что ее мозг не разучился управлять рукой, хотя был лишен этой возможности десять лет. «Это как кататься на велосипеде», – пояснила она.
Электрические сигналы из мозга Джейн расшифровывались, и бионическая рука исполняла команды. Повинуясь мыслям, рука делала точные движения, пальцы плавно сжимались и разжимались, запястье поворачивалось и сгибалось.
Успехи Джейн указывают на будущее, в котором мы воспользуемся техническими достижениями, чтобы расширить возможности своего тела, не только заменяя конечности или органы, но и улучшая их – превращая человеческую хрупкость в нечто более долговечное. Роботизированная рука – всего лишь первая ласточка грядущей бионической эры, в которой мы сможем управлять более мощными и надежными устройствами, чем кожа и мускулы, более прочными, чем кости. Помимо всего прочего, это открывает новые возможности для космических путешествий, к условиям которых плохо приспособлены наши нежные тела.