Нейробиологи неинвазивно объединили мозги трех людей в сеть

Американские ученые представили BrainNet — систему интерфейса мозг-мозг, которая неинвазивно принимает сигнал от мозгов двух людей с помощью электроэнцефалограммы и передает его третьему человеку через транскраниальную магнитную стимуляцию. С помощью такого интерфейса исследователям удалось обучить добровольцев играть в игру наподобие тетриса: получая инструкции от двух людей третьему человеку удалось выиграть более чем в 80 процентах случаев. Препринт статьи опубликован на arXiv.

Обновлено: 16 апреля 2019 года статью опубликовали в журнале Scientific Reports.

Для эффективной работы интерфейсов мозг-мозг (brain-to-brain interfaces) приходится использовать инвазивные технологии. К примеру, соединять мозги в сеть, которая позволяет решать несколько задач, в 2015 году научились ученые из Университета Дьюка: для этого они использовали электроды, вживленные в мозг трех макак. Во многом из этических соображений инвазивный мониторинг и стимуляцию почти не используют для экспериментов с участием здоровых людей, из-за чего создание человеческих интерфейсов мозг-мозг технически осложнено. Тем не менее, для этого можно использовать современные неинвазивные методы мониторинга и стимуляции: к примеру, электроэнцефалографию (ЭЭГ) и транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС).

Сделать подобный интерфейс решили ученые под руководством Линсяня Цзяна (Linxing Jiang) из Вашингтонского университета. В их эксперименте приняли участие 15 человек, которых разделили на пять троек. В каждой тройке два человека выполняли роль передатчиков, а третий — роль получателя: активность мозга первых двух людей считывалась при помощи ЭЭГ, а активность мозга третьего регулировалась при помощи ТМС. Каждой тройке необходимо было сыграть в игру, напоминающую тетрис: в игре появлялся квадратный блок, который можно было перевернуть, чтобы заполнить ряд. Передатчики могли видеть ряд и знали, нужно ли переворачивать блок; при этом получатель ряд не видел, но принимал решение о том, перевернуть ли блок, именно он. 

При принятии решения передатчикам необходимо было смотреть на лампочку (справа или слева — в зависимости от того, переворачивать или не переворачивать блок), мигающей с разной частотой, в результате чего формировался сигнал, который передавался с помощью ТМС к зрительной коре получателя. Стимуляция зрительной коры (ниже или выше порога — в зависимости от ответа) вызывала появление фосфена — зрительного ощущения, из-за которого появляется небольшое светящееся пятно. Если получатель видел такой фосфен, то он решал переворачивать блок, если нет — то не переворачивал. 

С помощью разработанного интерфейса получателям удалось правильно расположить фигуру в 81,25 процента случаев, что значительно выше случайного попадания. Кроме того, ученым удалось научить получателя выделять правильный ответ на фоне шума: для этого они попросили одного из участников-передатчиков давать умышленно неправильные ответы. Оказалось, что получателя можно не только научить принимать решения на основе активности мозга передатчиков, но и научить определять, какое из двух решений правильное.

Стоит уточнить, что интерфейсы мозг-мозг уже разрабатывались ранее: тем не менее, в новой работе ученым впервые удалось сделать подобный интерфейс с участием более двух субъектов. 

Несмотря на то, что для исследований с участием людей чаще всего используются неинвазивные методы стимуляции и нейровизуализации, исследовать мозг глубже можно, к примеру, с помощью пациентов с эпилепсией: в кору их головного мозга для анализа приступов часто вживляют электроды. К примеру, прошлой осенью с помощью инвазивного мониторинга активности нейронов ученым удалось определить разницу между осознанным и неосознанным восприятием, а с помощью стимуляции — заставить пациента видеть лица и радугу.

Елизавета Ивтушок