Физика невозможного

Недавно физики Игорь Савуков и Майкл Ромалис из Принстонского университета предложили новую технологию, которая со временем может стать базой для создания ручных аппаратов МРТ; при этом стоимость их снизится многократно — быть может, в сто раз. Ученые утверждают, что громадные магниты для МРТ можно заменить сверхчувствительными атомными магнитометрами, способными регистрировать самые слабые магнитные поля.

В первую очередь Савуков и Ромалис создали магнитный датчик из взвеси горячих паров калия в гелии. При помощи лазерного луча они выровняли спины электронов атомов калия. Затем они приложили слабое магнитное поле к некоторому объему воды (имитирующему человеческое тело). После этого в воду был направлен радиоимпульс, который возбудил колебания молекул воды. Возникшее в результате отражения от молекул воды «эхо» заставило колебаться и электроны в атомах калия; эти колебания, в свою очередь, регистрировались вторым лазером. Ключевой результат опытов: даже слабое магнитное поле может давать «эхо», которое самые современные и чувствительные датчики способны зарегистрировать. В перспективе это дает возможность заменить чудовищное магнитное поле стандартного фМРТ-аппарата слабым полем; более того, картинки при этом получаются практически мгновенно (тогда как МРТ-аппарату для получения одного изображения может потребоваться до 20 минут).

Со временем, рассуждают ученые, сделать МРТ-снимок будет так же легко, как сегодня сфотографировать пейзаж при помощи цифровой камеры. (Тем не менее и на этом пути есть препятствия. Одна из проблем состоит в том, что аппарат и объект исследования необходимо будет надежно защитить от внешних магнитных полей.)

Если ручные МРТ-аппараты когда-нибудь станут реальностью, их можно будет сопрячь с крохотным компьютером, который, в свою очередь, несложно снабдить набором программ для распознавания определенных ключевых фраз, слов или предложений. Такое устройство не сможет делать многое из того, что описано в научной фантастике, но это уже шаг вперед.

Мозг как нейронная сеть

Сможет ли в будущем некий МРТ-аппарат читать мысли — читать буквально: слово в слово, образ в образ, как способен делать истинный телепат? Ответа на этот вопрос пока нет. Некоторые утверждают, что аппараты МРТ в лучшем случае смогут различить лишь общее направление мыслей, потому что мозг все-таки не компьютер. В цифровом компьютере вычисления всегда локализованы и подчиняются очень жестким правилам. Любой цифровой компьютер подчиняется законам машины Тьюринга, т. е. такой машины, в которой есть центральное процессорное устройство (ЦПУ) и каналы ввода и вывода. Центральный процессор (например, обычный сегодня пентиум) производит с входными данными определенный набор операций и выдает результат на выход. Таким образом, процесс «мышления» сосредоточен исключительно в ЦПУ.

Однако наш мозг не цифровой компьютер. В нем нет пентиума и вообще какого бы то ни было ЦПУ, нет операционной системы Windows, и подпрограмм тоже нет. Если вы удалите из компьютерного ЦПУ один-единственный транзистор, компьютер, скорее всего, перестанет работать. В то же время известны случаи, когда при повреждении у человека половины мозга вторая половина берет ее функции на себя.

На самом деле человеческий мозг больше напоминает самообучающуюся машину, «нейронную сеть», которая каждый раз при получении задания коммутируется заново. Исследования с применением аппаратов МРТ подтвердили, что мысли в мозге не локализованы в одной точке, как в машине Тьюринга, а распределены по значительному объему мозга, что вообще типично для нейронных сетей. Снимки МРТ показывают, что процесс мышления напоминает игру в пинг-понг — последовательно включаются разные участки мозга, и электрическая активность как бы мечется по всему его объему.

Тот факт, что мысли носят распределенный характер и задействуют многие участки мозга, внушает опасения. Возможно, максимум, что смогут сделать ученые, — это составить словарь мыслей, т.е. установить однозначное соответствие между определенными мыслями и конкретными рисунками на ЭЭГ- или МРТ-снимках. К примеру, австрийский специалист по биомедицинской инженерии Герт Пфуртшеллер научил компьютер распознавать отдельные мысли путем анализа мю-волн на ЭЭГ. Судя по всему, мю-волны связаны с намерением совершить определенные мускульные движения. Пфуртшеллер просит пациента поднять палец, улыбнуться или нахмуриться, а компьютер фиксирует, какие именно при этом возбуждаются мю-волны. Каждый раз, когда пациент производит какое-либо умственное усилие, компьютер тщательно записывает рисунок мю-волн. Процесс сбора данных очень сложен и утомителен — ведь приходится тщательно вычищать все посторонние волны, но постепенно Пфуртшеллеру удалось установить поразительные параллели между простыми движениями и определенными рисунками ЭЭГ.