Вибрация дождевых червей помогает подключению мозга к компьютеру

В этом году мы с моим коллегой Андреем Потоцким были удостоены Шнобелевской премии по физике за экспериментальную работу с вибрирующими живыми дождевыми червями. Шнобелевские премии присуждаются ежегодно, чтобы отметить научные исследования, которые не только наводят на размышления, но также являются комичными или необычными по своему характеру.

Наша работа заставляла людей смеяться, а потом думать. На первый взгляд, это были просто два исследователя, которые наблюдали за кучей червей, покачивающихся через громкоговоритель. Однако из этих наблюдений мы обнаружили потенциал нового, более безопасного подхода к соединению человеческого мозга с компьютерами. Что мы сделали? Во-первых, мы успокоили дождевых червей спиртом, чтобы расслабить их мышцы. Затем мы вибрировали их на громкоговорителе и использовали лазерный свет, чтобы наблюдать рябь на поверхности каждого червя. Такие волны известны как волны Фарадея. В природе лягушки создают эти волны на поверхности воды, чтобы привлечь партнеров. Волны Фарадея также можно увидеть на колеблющейся капле жидкости, когда колебания становятся достаточно интенсивными, чтобы сделать поверхность жидкости нестабильной. Дождевые черви состоят в основном из воды. Итак, мы ожидали, что червь, находящийся под действием успокоительного, будет вибрировать, как капля воды. Когда мы включали громкоговоритель, весь червяк двигался вверх и вниз. Но когда мы увеличили громкость до уровня выше уровня «нестабильности Фарадея», на поверхности червей появились волны Фарадея – как мы и ожидали. Важно отметить: даже если эти нелинейные колебания «нестабильны», это не означает, что они ведут себя совершенно хаотично. Фактически, волны Фарадея можно (после долгих проб и ошибок) «запрограммировать» на определенное поведение. Но зачем нам это делать? Нервные импульсы позволяют нервным клеткам общаться друг с другом, перемещаясь по нервному волокну (или «аксону»). Предыдущие исследования выдвинули гипотезу, что нервные импульсы движутся не только как электрические сигналы, но и как звуковые волны, которые люди не могут слышать. Мы также считаем, что это так. Звук и вибрация могут проходить через кожу, кости и ткани человека, не вызывая повреждений. Вот как делается медицинская ультразвуковая визуализация. «Ультразвук» просто относится к звуковым волнам с частотами выше верхнего предела слышимости человека. Звуковые волны также могут образовывать «солитоны». Это волны, которые перемещаются на большие расстояния и проходят друг мимо друга без какой-либо деформации. Они держат форму. Водные волны в каналах могут двигаться как солитоны, как показано на этом видео. Могут ли ультразвуковые колебания передавать мысли? Если будущие исследования смогут подтвердить, что нервные импульсы действительно движутся по нервным волокнам в виде солитонов, наше открытие волн Фарадея у вибрирующих червей станет значительно более важным. Это может указывать на способность производить и изменять нервные импульсы в головном мозге. Создавая извне ультразвуковые волны на разных частотах, например, на мобильном устройстве, мы можем запускать волны Фарадея в тканях мозга. Мы думаем, что затем они должны взаимодействовать с нервными импульсами мозга и активировать определенные сигналы, соответствующие «мыслям». Если нервные импульсы проходят через мозг в виде солитонов, они сохраняют свою форму на протяжении всего процесса. И это гарантирует, что передаваемая «мысль» остается неизменной до тех пор, пока не будет обработана мозгом. Вышеупомянутый процесс можно приравнять к «программированию» человеческих мыслей. Вибрации можно создавать с помощью смартфона. Мы считаем, что волны Фарадея, вызванные этими вибрациями, могут затем взаимодействовать с солитонными нервными импульсами и, таким образом, использоваться для управления мыслями. Изображение предоставлено: Иван Максимов Возможности интерфейсов мозг-компьютер Было много попыток связать человеческий мозг с компьютерами. Все большее число высокотехнологичных компаний, в том числе Neuralink Илона Маска, планируют имплантировать игольчатые электроды в мозг человека для достижения этой цели. Это позволило бы передавать знания – например, как управлять вертолетом или говорить на иностранном языке – от компьютера прямо в мозг человека за считанные минуты. Конечно, мы все еще далеки от того, чтобы научиться делать что-то столь сложное. Однако этот подход очень инвазивен и сопряжен со значительными рисками для здоровья, такими как воспаление ткани головного мозга или повреждение головного мозга. Мы считаем, что наши результаты, ожидающие дальнейшего подробного исследования, могут помочь создать более безопасную звуковую связь между человеческим мозгом и компьютерами – такую, которая работает без небезопасных игольчатых электродов. В последнее время солитоны в оптических волокнах использовались для достижения рекордных мировых показателей передачи данных. Следовательно, нервные сигналы, движущиеся как солитоны, должны обеспечивать передачу данных на высоких скоростях в мозг человека. Что происходит сейчас? В настоящее время мы не можем утверждать, что у нас есть убедительные научные доказательства того, что волны Фарадея могут взаимодействовать с естественными нервными импульсами у дождевых червей. Тем не менее наши модели предполагают, что должно быть сильное взаимодействие между двумя волнами, когда частота колебаний волны Фарадея совпадает с частотой нервных импульсов. Никакие современные модели не могут точно предсказать, какие частоты необходимы для такого взаимодействия. Чтобы это выяснить, нам пришлось бы провести много-много тестов методом проб и ошибок. На данный момент мы представили наши идеи нескольким исследовательским сообществам в области нейробиологии и получили в целом положительные отзывы. В конце концов, мы надеемся, что наша работа может быть полезна высокотехнологичным компаниям, а также нашим коллегам, занимающимся аналогичными вопросами. Но пока это продолжается. Эта статья переиздана из The Conversation по лицензии Creative Commons. Прочтите оригинальную статью.