Несмотря на грандиозные успехи, достигнутые за последние полвека в области компьютеров, остается нерешенной важнейшая проблема, иногда именуемая "Великим Барьером" между человеком и его творением. Барьер этот - непосредственный интерфейс общения между мозгом и машиной.

Идея практического использования мыслей для непосредственного управления машиной родилась примерно тогда же, когда ученые освоили технику электроэнцефалографии (ЭЭГ) в изучении деятельности мозга. В 1967 году Эдмондом Дьюэном (Edmond Dewan) были описаны эксперименты, в ходе которых человек подсоединялся к аппаратуре ЭЭГ, регистрирующей волны электромагнитной активности мозга, с целью модуляции этих волн и передачи таким образом сообщения. После некоторой тренировки участникам эксперимента удавалось уменьшать амплитуду альфа-ритмов своего мозга, так что становилось возможным с помощью азбуки Морзе передавать на телетайп последовательности букв.

Другими словами, принципиальная осуществимость идеи была продемонстрирована, и в начале 1970-х годов начались реальные исследовательские работы по созданию интерфейса мозг-компьютер или BCI (Brain-Computer Interface). Как это обычно бывает для наиболее передовых исследований, заказчиком выступило министерство обороны США, а конечной целью разработки виделось устройство, позволяющее пилоту мысленно управлять истребителем. Однако быстро выяснилось, что имеющийся уровень технологий не позволяет настолько уверенно декодировать тончайшие процессы мозговой активности, чтобы эффективно управлять реальной машиной, не говоря уже о реактивном самолете. Поэтому военную программу свернули.

Тем не менее, весомый научно-экспериментальный базис был заложен, и основной мотивацией последующих исследований стала помощь больным людям, страдающим церебральным параличом, последствиями спинномозговых травм и другими физиологическими отклонениями, лишающими их возможности контролировать свои конечности. Поскольку такие люди как правило полностью сохраняют интеллектуальные способности, доступ к компьютеру с помощью "мозгового интерфейса" мог бы принципиально расширить возможности для их общения и активного участия в социальной жизни общества.

О наиболее заметных исследовательских работах в этой области за 1980-1990-е годы можно прочесть (к сожалению, только на английском) в содержательной обзорной статье Ричарда Сибрука "Интерфейс мозг-компьютер" ("The Brain-Computer Interface: Techniques for Controlling Machines" by Richard H.C. Seabrook).

Здесь же поподробнее хочется рассказать о самой свежей разработке, осуществленной Центром совместных исследований Европейской Комиссии или Joint Research Centre (JRC) of the European Commission. В этом центре создается и успешно проходит испытания "Адаптивный мозговой интерфейс" или ABI (Adaptive Brain Interface) - портативное обрудование, в недалеком будущем способное обеспечить вполне приемлемое для повседневных нужд взаимодействие человеческого мозга с компьютерными устройствами.

Как и в большинстве других аналогичных проектов, разработчики технологии ABI - ученые и инженеры Испании, Италии, Британии и Финляндии - также сосредоточились на распознавании сигналов ЭЭГ. (Известны и более экзотические проекты, в рамках которых подразумевается сверление отверстий в черепе добровольцев и вживление электродов непосредственно в кору мозга, но о таких извращениях и писать не хочется). Разработчики JRC сосредоточились на задаче выделения из спонтанного "онлайнового" потока ЭЭГ-сигналов нескольких различных ментальных состояний, которые распознаются искусственной нейронной сетью и увязываются с простыми командами управления типа "двинуть кресло-каталку прямо", "остановиться" и так далее. В случае же управления компьютером для выбора объекта на дисплее достаточно 5 ментальных состояний: четыре из них перемещают курсор "вверх", "вниз", "вправо", "влево", а пятый "мыслеобраз" увязывается с "кликом" мышки, т.е. активизацией выбранного объекта.

Главная идея конструкторов - разработать технологию для легкого создания сугубо индивидуальных мозговых интерфейсов, а не одного "универсального", подходящего для любого человека в любое время. Основная причина избранного направления в том, что никакие два произвольно выбранных человека не являются одинаковыми как в смысле физиологии, так и психологии. Каждый человек имеет сугубо индивидуальный "ментальный отпечаток", т.е. специфические структуры в ЭЭГ. А это означает, что интерфейс должен тонко подстраиваться под своего владельца. Подход ученых JRC основан на процессе взаимного обучения человека и машины, когда пользователь и ABI объединяются и адаптируются друг к другу: нейросеть учится выделять наиболее характерные структуры ментальных состояний, а человек учится думать таким образом, чтобы мысли его стали более понятны личному интерфейсу. Иначе говоря, каждый пользователь сам выбирает наиболее естественные для него/нее ментальные состояния, на которых легко сосредоточиться. Например, это могут быть расслабление, визуализация предмета, музыкальный фрагмент, арифметика, подготовка к перемещению части тела и прочие подобного рода блоки мыслей, относительно которых экспериментально установлено, что их волновая форма может быть успешно отловлена ABI. (Возможно, здесь следует подчеркнуть, что эта технология и близко не подходит к "считыванию" настоящих мыслей.)

Еще одно важнейшее направление работ - обеспечение надежного распознавания ЭЭГ-структур вне "тепличных" лабораторных условий. Создатели ABI намерены сделать свое оборудование компактным, легким в использовании и удобным к употреблению в условиях повседневной обстановки. Пока что в мире не существует полностью подходящих этим требованиям коммерческих систем электроэнцефалографии, так что разработчикам пришлось самостоятельно изготовлять подобающий мягкий шлем со встроенными сенсорами-электродами.

Главным координатором работ по созданию ABI является итальянский Институт систем, информатики и безопасности (г. Испра). В числе других участников проекта - финская Лаборатория компьютерной техники Университета Хельсинки, итальянская компания Fase Sistemi и Реабилитационный госпиталь IRCCS (Италия). В настоящее время разработчиками ABI изготовлен работоспособный прототип на основе стандартного ПК под ОС Windows2000 с ПО LabVIEW и Visual C++, и коммерческого портативного аппарата-энцефалографа. Мозговые волны ЭЭГ регистрируют 8 встроенных в шлем датчиков, в устройстве цифровой обработки сигналов (DSP) происходит выделение значащей информации, а далее вступает в работу нейронная сеть-классификатор, реализованная на ПК и обученная распознаванию конкретных ЭЭГ-структур, характерных для "управляющих мыслей". Система получилась очень простой в использовании, что позволило сократить время обучения и персональной настройки интерфейса до одного-полутора часов.

В своем нынешнем состоянии ABI умеет уверенно распознавать и работать с тремя управляющими командами. В принципе, три элементарных действия - это минимальный набор для "разумного" общения с управляемой компьютером системой. Например, с помощью этого набора исследователи контролируют перемещения мобильного робота, динамика движений которого аналогична моторизованному креслу-каталке. Первая мысль-команда заставляет робота либо начать движение (если он стоял), либо остановиться (если уже двигался). Две другие команды используются для поворота робота в правую и левую стороны. Эти три элементарных действия передаются как команды во "вторую систему обучения", которая использует также встроенные сенсоры робота для аккуратного перемещения устройства в нужных направлениях, т.е. избегая столкновений с окружающими предметами.

Другим приложением, иллюстрирующим многообразные возможности ABI в области образования и развлечений, стало совмещение интерфейса с популярной когда-то классической видеоигрой Pacman. В рамках нехитрых правил игры пользователи очень быстро обучаются управлять "пакменом" с помощью одних лишь мыслей.

Еще одно приложение, иллюстрирующее очевидную полезность устройства для инвалидов, - виртуальная клавиатура, позволяющая выбирать буквы послания непосредственно на экране дисплея. По мере того, как пользователь концентрируется на различных ментальных образах, клавиатура последовательно "распадается" на более мелкие фрагменты, пока не остается нужная буква. Естественно, когда исследователи доведут чувствительность своего прибора до пяти элементарных команд, задача мысленной работы с виртуальной клавиатурой кардинально упростится.

Но уже и в нынешнем виде система ABI вполне успешно опробована не только самими разработчиками, но и парализованными инвалидами. Один из самых последних экспериментов по приглашению съемочной группы компании BBC проводился в Англии, с 40-летним жителем Лондона Кэталом О'Филбином (Cathal O'Philbin), который из-за спинно-мышечной атрофии лишен возможностей двигать конечностями. При обучении Филбина работе с ABI были выбраны мысли о вращающемся кубе, о движении рукой (что для пациента невозможно) и о полном расслаблении. Три этих мысленных блока порождали совершенно разные волновые структуры, так что уже часа через полтора после начала обучения Кэтал сумел написать свою первую фразу - "Arsenal Football Club".

Разработка системы Adaptive Brain Interface обошлась JRC примерно в 1,5 миллиона долларов. Пока что система не является законченным коммерческим продуктом, однако перспективность устройства в помощи инвалидам не вызывает сомнений. Те же самые принципы вполне можно использовать не только для мысленного управления креслом-каталкой, но и дверями, и разнообразной бытовой аппаратурой. Что же касается более отдаленных перспектив, то в потенциале ABI может оказать самое серьезное влияние на дальнейшую эволюцию стандартных устройств общения с компьютерной техникой: клавиатур, мышек, пультов ДУ и тому подобных вещей.