Возможно ли создать технологии, которые будут работать по принципу человеческого мозга? С той же скоростью и самообучаемостью? Сейчас над этим вопросом бьются ученые всего мира.
О последних разработках в области нейротехнологий и ИИ рассказала доктор физико-математических наук Сусанна Гордлеева.
Затратный ИИ
Человечество уже вступило в эру искусственного интеллекта, однако пока что «обслуживание» ИИ требует большого количества электроэнергии. Возьмем, к примеру, ChatGPT: он содержит 300 млрд. настроечных параметров, которыми необходимо работать в реальном времени со 100 млн. пользователей. Следующая модель ChatGPT будет иметь уже 100 триллионов настроечных параметров, которые потребуются для обслуживания уже 200 млн. человек. В таком случае всей энергетики США не хватит на поддержание этой модели.
В целом 30% энергетики всего мира тратится на информационные технологии, а с каждым годом эта цифра лишь увеличивается. Тогда ученые пришли к идее, что необходимо разрабатывать новую архитектуру вычислительных систем, которые будут построены на новых принципах и которые будут тратить меньше энергии.
Примером для этого выступает человеческий мозг, который умело расходует свою энергию. Для того, чтобы взять карандаш в руки, мозг задействует 50 разных групп мышц. Чтобы выбрать оптимальную комбинацию этих мышц, ему требуется обработать 1.015 комбинаций – для этого нужен процессор с частотой 10,6 ГГц. Однако наш мозг столько электроэнергии не потребляет, а частота генерации сигналов на нейронных сетях не достигает 100 Гц. Поэтому мозг прекрасно справляется со всеми задачи с минимальным расходом энергии.
Нейроинтерфейсы и что не так с чипом Илона Маска
Так возникли нейроморфные технологии – системы, архитектура и принципы действия которых имеют сходство с биологическим мозгом и затрачивают намного меньше электроэнергии. Для их обслуживания команда ученых Университета Лобачевского разрабатывает математические модели нейронных сетей, которые строятся на биолого-правдоподобных принципах. Так, например, работает робототехника, беспилотники и различные нейроинтерфейсы.
«Нейроморфные технологии уже в ближайшем будущем будут превосходить по своей производительности практически все существующие решения в самых разных областях – от высокотехнологичной медицины до всех беспилотных транспортных систем. Нейроморфные технологии искусственного интеллекта обладают очень высокой энергоэффективностью, по другим принципам обрабатывают информацию. Соответственно, это позволит экономить электроэнергию на вычислительных устройствах и войдет во все сферы нашей жизни», — пояснила Сусанна Гордлеева.
Нейроинтерфейс (еще называют интерфейс «мозг-компьютер») — это технология и устройства, которые позволяют передавать информацию из мозга непосредственно на устройство. Такими могут выступать смартфон, компьютер, голосовое управление, протезы.
Самым популярным нейроинтерфейсом сегодня является чип Neuralink американского бизнесмена Илона Маска, который вживляют прямо в мозг и который позволяет управлять «силой мысли» курсором на компьютере. А по сообщениям американского бизнесмена, уже скоро компания начнет применять чип, позволяющий слепым видеть.
Несмотря на все достоинства такой разработки, у всех инвазивных (встраиваемых внутрь) нейроинтерфейсов есть недостаток – их нельзя вживлять всем подряд по медицинским показаниям. Кроме того, вживленные в мозг электроды работают всего две недели, отлично передавая сигнал на внешнее устройство, которым планируется управлять, а затем обрастают соединительной тканью. Тогда сигнал с нейроинтерфейса пропадает совсем. В таком случае каждые две недели придется доставать чип обратно и вживлять его вновь. Понятно, что это не лучший вариант, поэтому научное сообщество сейчас тратит кучу времени и денег на создание биосовместимых материалов для таких вот инвазивных нейроинтерфейсов.
Зачем нужен экзоскелет
Нижегородским ученым есть чем похвастаться в области нейротехнологий. Особой гордостью выступает экзоскелет «E-Helper», который заново учит ходить парализованных людей. Управляется такая конструкция разными способами: есть автоматический режим, когда различные параметры (высота и длина шага, длина стопы) задаются в систему через смартфон, а дальше экзоскелет несет человека по заданному алгоритму, автоматически удерживая равновесие. Есть ручной режим, когда конструкция управляется пальцами руки – здесь уже можно поднять ногу на произвольную высоту, сделать произвольное движение, ходить по лестницам и перешагивать бордюры.
Такой экзоскелет также может использоваться в реабилитации. Когда человек хочет поднять руку, в коре головного мозга происходит провал ритма. То же самое наблюдается, когда человек хочет сделать это движение, но не может, так как парализован. Тогда провал используется в качестве сигнала для управления нейроинтерфейсом – тем самым экзоскелетом.
«Когда пациент намеревается сделать движение рукой, мы это регистрируем, передаем на экзоскелет, и экзоскелет совершает это движение рукой. Тогда у человека замыкается петля сенсомоторной связи и активируются механизмы нейропластичности, которые помогают реорганизовать нейронные сети и восстанавливают их работу. Именно в этом и заключается процесс реабилитации, например, таких моторных нарушений», — пояснила Сусанна Гордлеева.
Ускорит работу мозга
Другое исследование нижегородских нейротехнологов – транскраниальная магнитная стимуляция, которая позволяет безопасно и неинвазивно воздействовать на нейронные сети головного мозга.
Как это работает? К голове испытуемого прикладывается магнитная катушка, которая создает переменное магнитное поле. Это поле фокусируется на коре головного мозга и создаёт вихревое электрическое поле, воздействующее на активацию нейронной сети, доходя до мышцы.
С помощью такого метода можно буквально активировать или ускорять работу мозга: согласно проведенным тестам в лаборатории, в течение полутора часов после процедуры человек быстрее думает и принимает решение. А если проводить такую процедуру ежедневно в течение недели, эффект станет хроническим.
Магнитная стимуляция применяется и в реабилитации: например, это может помочь пожилым людям нормализировать работу тела или в лечении различных заболеваний позвоночника и мышц.
Анастасия Красушкина, «Новое дело»