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".

— 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.