Статья опубликована в 4(16) номере журнала "Наноиндустрия" под названием "Нейроинтерфейсы и эволюция Интернет".
Статья является продолжением статьи "Многоканальные нейроинтерфейсы", опубликованной в 1(13) номере журнала "Наноиндустрия".
Киборгизация: буря эмоций
Незаметно наступил 21-век. И хотя все мы ждали от него каких-то очередных технических чудес, но Стратегия развития электронной промышленности России поразила всех как гром среди ясного неба. В ней было заявлено: «Внедрение нанотехнологий должно еще больше расширить глубину их проникновения в повседневную жизнь населения. Должна быть обеспечена постоянная связь каждого индивидуума с глобальными информационно-управляющими сетями типа Internet. Наноэлектроника будет интегрироваться с биообъектами и обеспечивать непрерывный контроль за поддержанием их жизнедеятельности, улучшением качества жизни, и таким образом сокращать социальные расходы государства. Широкое распространение получат встроенные беспроводные наноэлектронные устройства, обеспечивающие постоянный контакт человека с окружающей его интеллектуальной средой, получат распространение средства прямого беспроводного контакта мозга человека с окружающими его предметами, транспортными средствами и другими людьми. Тиражи такой продукции превысят миллиарды штук в год из-за ее повсеместного распространения» [1]. Простой российский обыватель не читал ничего подобного даже в желтой прессе.
По традиции все по-настоящему хорошие начинания у нас принято сначала ругать. В заметке "Нанопудра для мозгов, или фантасты из Минпромэнерго " [2] экспертов назвали «кремлевскими мечтателями», воспарившими «в такие нановысоты мысли, что простому смертному их не постичь". Общественность тут же забила тревогу, утверждая, что это система абсолютной власти над людьми [3].
Заметим, что этические проблемы "киборгизации" регулярно обсуждаются во всем мире, а в США проводится "Саммит по сингулярности", который организует известный трансгуманист Рэй Курцвейл [4]. Футурологи называют сингулярностью точку перехода человеческой цивилизации в качественно новое состояние "соответствующее лавинообразно растущему потоку информации". Проще говоря, интеллект всего человечества должен объединиться в матрицу.
Управление мыслью
Мозг человека – самое совершенное и загадочное создание природы. Более 90% его объема занимают нейросоединения. Создание имплантируемых нейроинтерфейсов открывает уникальные возможности в области создания техники управляемой мыслью. Оптоволоконные нейроинтерфейсы, позволяющие вводить электронный сигнал в нейроструктуры биообъектов были рассмотрены нами ранее в статье [5]. Но для управления техникой нужны нейроинтерфейсы, которые будут способны выводить информацию из мозга и вводить ее в вычислительные структуры. Такие интерфейсы усиленно разрабатываются во всем мире. В США и Японии уже производятся интерфейсы в виде налобных повязок для управления игрушками «силой мысли». Но наибольших успехов достигли в корпорации QUASAR (США), которая разрабатывает нейроинтерфейс для управления беспилотными самолетами. Он похож на сетчатый шлем, одетый на голову пилота. Недостатком одеваемых нейроинтерфейсов является их низкая «разрешающая способность». Для тонкого управления необходимо подключение к нейромагистралям мозга. Решить эту задачу можно только на базе имплантируемых нейроинтерфейсов. В университете Carnegie Mellon (США) в мозг двум макакам вживили массив электрических контактов. Макак заставляли думать о еде и учили управлять искусственными конечностями. Эксперименты с парализованными людьми проводились американской компаниией Cyberkinetics. Система BrainGate внедрённая в мозг 24-летнего паралитика, позволяла ему в течение 3-х месяцев "силой мысли" управлять телевизором, и даже играть в компьютерные игры. Однако металлические имплантанты недолговечны. Более совершенные интерфейсы могут быть созданы на основе электрической поляризации диэлектриков [6,7]. В них сигналы в нейроструктуры передают по пучку световодов в виде световых импульсов, а в нужной области мозга свет преобразуется в электрический сигнал, который воздействует на нейроны поляризационным способом (патент РФ №2327202) [5]. А помощью новой российской технологии интеллектуальных многоконтактных соединений (ИМКС) (патент РФ №2270493) можно соединять десятки и даже сотни тысяч оптоволоконных каналов, что очень важно для создания высококачественных нейроинтерфейсов.
Как общаются нейроны
Считается, что передача нервных сигналов осуществляется с помощью нейромедиаторов либо электрическим путем. До появления современных теорий существовала и биогидравлическая модель передачи нервных импульсов. По концепции Пенроуза [8] нейроны считаются сложными вычислительными устройствами, а математический процесс в них осуществляется с помощью массивов молекул тубулина. При этом нейроны могут "слышать" звуковые волны и реагировать на инфра- или ультразвуковые колебания в окружающей их жидкости. В отростках нейронов обнаружены два рода продольно ориентированных нейрофибрилл: трубчатые нейротубулы (диаметр 20-25 нм) и нитевидные нейрофиламенты (диаметр 10 нм). Замечено, что нейротубулы вибрируют с частотой в 100-650 Гц [13]. Но любое колебание механических тел в жидкости порождает распространение там гидроакустических колебаний. Следовательно, активность нейротубул можно зафиксировать с помощью наноразмерных датчиков гидроакустических колебаний жидкости. Обнаружить изменение активности нейронов можно и по локальным поляризационным токам, которые возникают в клеточных мембранах нейронов. И в этом случае размеры датчиков должны составлять порядка 5-10 мкм.
Считывающий оптоволоконный нейроинтерфейс
По аналогии с нейроинтерфейсами для ввода информации [5], для считывания информации с массива нейронов можно использовать принцип модулирования света с помощью жидкокристаллического модулятора, чувствительного к электрическому полю или к колебаниям давления. Для этого можно передавать световые импульсы в нужную область мозга по пучку световодов, модулировать их там, а затем отражать обратно. Связь пучка световодов с компьютерными устройствами можно осуществить с помощью технологии ИМКС с использованием комбинированных матриц, в которых излучатели объединены с приемниками. Такой нейроинтерфейс запатентован недавно в России (патент №2333526, рис. 1). Матрица 1 соединена с пучком оптоволоконных синапсов, сделанных в виде мягких полимерных световодов 2, покрытых оболочкой 3. В пучке могут находиться десятки и сотни тысяч световодов. Верхние концы пучка объединены в плоскую контактную матрицу, соединенную с матрицей 1, а нижние концы снабжены чувствительной наноструктурой. В торец каждого световода должно попадать излучение минимум от одного лазера.
(Рисунки вверху)
Рис. 1 – Схема считывающего оптосинапса
1 - комбинированная матрица ИМКС; 2 - волоконно-оптический световод; 3 - оболочка световода; 4 - микролазер; 5 - излучаемый луч света; 6 - активная наноструктура; 7 - слой жидкокристаллического вещества; 8 - отражающий слой; 9 - тонкопленочный поляризатор; 10 - промодулированный и отраженный луч света; 11 - фотодиод.
Рис. 2 - Схема комбинированной матрицы ИМКС и ее соединение с пучком оптосинапсов
Рис. 3 - Соединение считывающего интерфейса с нейроструктурой
В нейроструктуру имплантат вводится в виде пучка оптосинапсов, помещенных в защитную оболочку. После ее рассасывания оптосинапсы распределяются среди нейронов 13 в зонах их активности 14. В матрице 1 луч света 5 от лазера 4 попадает в световод 2 и по нему достигает наконечника с активной наноструктурой 6. Проходя через первый поляризатор 9, свет поляризуется, затем модулируется слоем жидкокристаллического вещества 7. Слой жидкокристаллического вещества реагирует на изменение электрического или гидроакустического поля 14 мембран нейронов 13. Промодулированный слоем 7 луч света вторично поляризуется вторым поляризатором 9, и отражается от отражающего слоя 8 обратно к матрице 1 в виде модулированного луча 10, который принимается фотодиодом 11, преобразуется в электрический сигнал и выводится в электронное устройство, соединенное с матрицей 1 по технологии ИМКС. Таким способом осуществляется связь нейронной структуры с вычислительным устройством.
Чем с большего числа нейронов удастся снимать управляющие сигналы, тем точнее и полнее будет получаемая информация. Возможно, что для управления протезами, транспортом или оружием будет достаточно 5-10 тысяч контактов. Эту задачу можно решить за 5-7 лет. Но для считывания видеоинформации или мыслеформ количество контактов должно быть увеличено как минимум на два порядка. Так что чтение снов и мыслей из мозга станет возможно не раньше, чем через 20-30 лет.
В процессе совершенствования имплантируемые нейроинтерфейсы позволят создать удобные и невидимые внешне средства связи между людьми, между людьми и компьютерами, и даже между людьми и животными.
Можно представить, что в кабинах самолетов и даже космических кораблей исчезнет все, что напоминает средства управления. Необходимая информация будет отображаться прямо на экране внутреннего зрения оператора. С помощью нейроинтерфейсов команды могут передаваться управляющему компьютеру совершенно незаметно для окружающих.
Эпоха Большого Интеллектуального Взрыва
Десять лет назад к глобальной сети было подключено всего 60 миллионов компьютеров. Сейчас в мире каждую секунду работает около 2-х млрд. электронных устройств. Вычислительная мощь Интернета выросла более чем в 300 тысяч раз. Это означает, что сеть, как биоэлектронный всепланетный суперорганизм развивается взрывным путем. Мы живем в эпоху Большого Интеллектуального Взрыва. Что же станет конечным результатом этого взрыва? Неужели Матрица? Насколько опасна она для человечества? А может быть Матрица - это совсем не страшно?
Стремительное развитие глобальной сети обусловлено тем, что она становится все нужнее и нужнее людям. Она эффективно способствует усилению интеллектуального потенциала наций. Ее бурное развитие привело к появлению производств нового типа – сетевым корпорациям. Уже известны сетевые структуры, в которых одновременно функционируют сотни тысяч терминалов. И это не предел. Уникальные способности к виртуальной концентрации производственных возможностей в сочетании с оперативностью прохождения информация и принятия решений дают сетевым корпорациям важные конкурентные преимущества. Они вытесняют традиционные формы организации производства из ведущих отраслей промышленности. Появление и развитие сетевых корпораций постепенно приводит к качественному изменению мирового производства. Наиболее наглядно эти изменения проявились в финансовой сфере. Информационно-технологический прорыв, произошедший в мире за последние 30 лет, привел к тому, что наиболее успешные финансовые компании превратились в сетевые корпорации, работающие с деньгами, как с информационным продуктом. Виртуальная реальность быстро превращается в мощную индустрию. Финансы, торговля, средства массовой информации уже повсеместно прижились в сети. Постепенно в сеть перемещается и производство интеллектуальной продукции.
С ростом степени автоматизации предприятий количество сетевых рабочих мест будет непрерывно расти. Все больше людей будет переходить в сферу производства программного обеспечения и обслуживания производства. Погружение предприятий в сеть оптимизирует производственную структуру, сокращает на 30-70% транспортные затраты работающих, сокращает на 1-2 часа их потери личного времени, на 20-70% снижает потребность предприятии в компьютерном оборудовании и офисных помещениях. Погружение в сеть позволит гражданам меньше уставать, работая в комфортных условиях дома. Они будут меньше болеть и больше успевать. Если своевременно не погрузиться в сеть, то все большую часть своей жизни жители мегаполисов будут проводить в метро, очередях и автомобильных пробках.
Эволюция Интернет
Анализируя процессы развития сети и успехи нанотехнологий, которые переплетаются в развитии и стимулируют друг друга, уже сейчас можно сделать следующие прогнозы эволюции Интернет.
2010-2020 гг. Ожидается повсеместное распространение мобильных широкополосных сетей. Кризис стимулирует снижение издержек и активное погружение мировой экономики в сеть. Оно будет сопровождаться интенсивным развитием сетевых финансов, электронной торговли и служб доставки товаров пользователям "к порогу". До 30% активного населения станет работать в сети. Массовое создание рабочих мест в сети значительно облегчит течение кризиса, станет эффективным способом борьбы с безработицей. Начнется создание национальных киберармий (как в США) и средств контроля сетей (как в Китае).
2020-2025 гг. Вероятно завершение мирового финансового кризиса. Лучше всех кризис перенесет виртуальная реальность. Сети начнут приносить развитым государствам основную прибыль. Обороты корпораций, функционирующих в сети, станут выше оборотов "реальной" экономики. После серии киберконфликтов произойдет разделение Интернет на национальные сети. Доступ граждан в них не только станет бесплатным, но и будет всячески поощряться. Будут созданы национальные сетевые законодательства, органы власти и правопорядка. Каждая страна станет защищать свое экономическое и культурное киберпространство также как свою территорию.
2025-2035 гг. Создание имплантируемых нейроинтерфейсов. Возникнут первые биокиберсети к которым можно будет подключаться с помощью имплантов. Люди повсеместно смогут работать в комфортной среде в удобное время. Поэтому средняя продолжительность их жизни вырастет до 75-90 лет за счет повышения качества жизни и уровня благосостояния.
2035-2055 гг. Будут созданы первые матричные структуры для медицинских целей – кибергоспитали. Там в матричных биоэлектронных структурах станет возможным временное сохранение сознания и памяти людей в случаях разрушения их организмов в результате болезней или травм. Продолжительность жизни людей вырастет до 100-150 лет.
2055-2080 гг. Медицинские матричные структуры усовершенствуются настолько, что смогут позволить людям, организм которых разрушен, а сознание хранится в матричных структурах, осуществлять виртуальный выход в реальное пространство в теле робота или киборга. В матрицах будет создано множество виртуальных миров, в которых смогут жить, общаться и даже работать люди, ожидающие восстановления своего организма. Таким образом, будет сохранено самое ценное, что есть в природе – творческий созидательный потенциал миллиардов людей. Продолжительность жизни людей вырастет до 150-300 лет.
2080-2100 гг. Появится возможность свободного выхода из матрицы в новом клонированном теле. Каждый сможет жить столько, сколько захочет. Можно будет умереть, а затем ожить в новом мире и в новом теле, ибо сознание и память людей будет храниться в матрице. Для человечества этот рубеж станет очень важным. Умение сохранять и накапливать информацию обеспечило развитие цивилизации. Умение сохранять и накапливать творческий потенциал позволит перевести процесс нашего развития на качественно новый уровень.
Таким образом, есть все основания утверждать, что глобальная сеть постепенно эволюционирует в матричные структуры. Но это будут гуманные структуры, решающие самые сокровенные проблемы человечества.
Вместе с эволюцией Интернет неизбежна и эволюция норм морали. Можно ли будет считать людьми тех, кто живет в матрице? Как будут называть обитателей матрицы без физического тела? Точно не киборгами. Тогда как? Виртуалами? А должны ли бессмертные виртуалы обладать теми же правами, что и обычные люди? А как быть с киборгами, которые рано или поздно станут обладать сознанием и полноценными эмоциями? Ведь все они как разумные существа будут бороться за свои права всеми доступными им средствами. И чтобы в виртуальном мире царил порядок и спокойствие там должен быть найден приемлемый для всех компромисс.
Нас не догонят!
Уже никто не сомневается, что компьютеры научатся создавать, программировать и переграммировать самих себя. Но будет ли молекулярно-двоичная структура электронных компьютеров способна превзойти биологические структуры в эффективности – большой вопрос. Скорее всего, удельные вычислительные возможности биологического мозга никогда не будут достигнуты электронным путем, каких бы мощностей они ни достигали. Эволюция мозга, протекавшая в течение миллионов лет, создала уникальнейший супершедевр, который вряд ли будет превзойден неорганическим путем. Заметим, что мозг работает не с двоичной, а с широкополосной стохастической математикой. А это дает ему такие преимущества, которые недоступны двоичным вычислителям.
Сейчас самые мощные суперкомпьютеры обладают производительностью порядка 100 Терафлоп, т.е. 1014 операций в секунду. И если наши электронные конкуренты будут каждые два года удваивать свою производительность по закону Мура, то производительности 1027 они смогут достичь не раньше, чем через 80 лет. Однако вряд ли это произойдет, так как уже сейчас размеры транзисторов достигли атомного уровня. Скорее всего, двоичные вычисления и неорганическая электронная структура вычислительных средств – это тупиковый путь развития. Даже достигнув производительности в 1027 операций в секунду и создав самоформирующиеся компьютерные структуры, электронный разум не сможет так быстро и эффективно размножаться, как биологические структуры. Не сможет уложиться в тот мизерный объем, в котором упакован человеческий мозг. Не сможет работать на том минимальном количестве энергии, который расходует человеческий мозг. У него не будет еще многих преимуществ, о которых мы пока еще только догадываемся. Природа же настолько щедра, безгранична и могущественна, что каждую секунду производит десятки тысяч саморазвивающихся биологических суперкомпьютеров, обладающих колоссальной мощностью. Природа показывает нам, что биологический способ вычислений куда эффективнее, чем электронный. А это значит, что мы еще не скоро догоним самих себя!
Литература
1. Стратегия развития электронной промышленности России на период до 2025 года. http://www.nanonewsnet.ru/files/Strategiya_finish_0.doc
2. Нанотехнолог Перлофил. Нанопудра для мозгов, или фантасты из Минпромэнерго.
Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/modules/news/article.php?storyid=2940
3. Аркадий Лисенков Научно-технический прогресс: благо или скрытая угроза свободе человека? http://www.govoritmoskva.ru/vremya/090306191035.html
4. Курцвейль Р. Cлияние человека с машиной. Движемся ли мы к матрице?
5. Никитин В.C. Многоканальные оптоволоконные нейроинтерфейсы. Журнал «Наноиндустрия» №1/13, 2009 г.
6. Max Planck Institute of Biochemistry in Martinsried, Department of Membrane and Neurophysics: http://www.biochem.mpg.de/mnphys/
7. Max Planck Institute of Biochemistry in Martinsried, Department of Membrane and Neurophysics: обзор "Neuroelectronic Interfacing" http://www.biochem.mpg.de/mnphys/publications
8. Пенроуз Р., Гамеров С. Слайд-лекция "Что такое мышление?" http://www2.usu.ru/seminar608/Slideshow/intro.htm