В конце 80-х годов, когда компьютерные технологии совершили рывок, осталось только воплотить теорию нейросетей в жизнь.
Итак, нейрокомпьютеры — это реализация нейросетей в «железе». Сердце такого компьютера — нейрочип, который представляет собой микропроцессор, как правило, на кремниевой основе. Его архитектура принципиально отличается от продукции AMD или Intel. Отличительные качества: массовый параллелизм вычислений, распределенное представление информации, адаптивность, способность к обучению и обобщению, высокая помехоустойчивость.
В этой сфере мы не только не отстаем, а даже впереди «планеты всей». Разработанный несколько лет назад одной московской фирмой микропроцессор NM6403 NeuroMatrix превосходит по своим параметрам все зарубежные аналоги. (Неудивительно, что западноевропейский филиал японского гиганта Fujitsu приобрел лицензию на производство этого микропроцессора.)
Сейчас к разработками в области нейрокомпьютерных технологий подключились сотни компаний, среди которых Intel, DEC, IBM, Motorola.
Нейрокомпьютеры позволяют решать проблемы в самых различных областях. В первую очередь — при постановке задач по обработке нечеткой и неполной информации, таких, как моделирование в научных экспериментах, прогнозирование экономических и финансовых процессов, распознавание летящих целей, медицинская диагностика, шифрование и дешифровка… Уже сейчас большая часть кредитных карточек в США обрабатывается с помощью нейротехнологий. Активно создается система массового видеоконтроля. Ведутся работы по использованию нейрокомпьютеров при управлении реакторами. Нейрокомпьютеры задействованы в системах информационной безопасности, в частности для обнаружения и предотвращения хакерских атак. Применяют их также для обработки изображений — например, космической фотосъемки. О военных аспектах и говорить не приходится: моделирование ядерных взрывов, обработка гидролокационных сигналов для обнаружения и определения типов подводных лодок… Словом, их применение весьма специфично, и в качестве «персоналок» они пока вряд ли нам пригодятся. Но жизнь нашу изменят в любом случае.
Но если нейрочип моделирует работу нейронной сети, то нельзя ли его использовать в качестве «протеза» для поврежденных участков мозга?
А там и до манипуляции сознанием рукой подать…
Для страхов есть основания. Проблемы имплантирования микрочипов в наш организм уже перешли из фантастики в сферу технических заданий. Причем самые впечатляющие достижения ожидаются там, откуда все начиналось — с распознавания образов, имитации процессов видения.
В Иллинойсе (США) уже проведены хирургические операции по имплантации силиконового микрочипа через роговицу глаза трем пациентам с поврежденным зрением. Микрочипы размером с игольное ушко офтальмолог Алан Чоу ввел под сетчатку через роговицы в белки глаз на самое дно глазной впадины. Питание чипа обеспечивается светом, попадающим в глаза. Сам чип — искусственная кремниевая сетчатка диаметром 2 мм, а толщиной — 0,025 мм. Три с половиной тысячи микроскопических, элементов преобразуют свет в электрические импульсы, заменив погибшие светочувствительные клетки сетчатки, не мешая работе здоровых клеток.
В ближайшие годы такие операции станут обычным делом. Правда, выяснилось, что такой чип не поможет при слепоте из-за глаукомы или сахарного диабета.
Впрочем, и с этим не будет проблем. Потому что разработан микрочип, который должен помочь восстановлению зрения у слепых.
Ученые из Гарвардского университета и центральной больницы штата Массачусетс выявили отделы мозга, отвечающие за формирование образов. У испытуемых-прав-шей большая часть образов возникала в правом полушарии головного мозга. Причем, образы разных размеров формировались в разных участках мозга. Стало ясно, куда направлять сигналы микрочипа. А сам микрочип уже создан исследователями отдела биоинжиниринга университета Юты.
Итак, кремниевый микрочип будет имплантирован в мозг, а к нему подведут кабель, по которому станут поступать сигналы, формируемые компьютером. Предполагается также разработка миниатюрной телекамеры, подключенной к этому кабелю. Специальные очки с миникамерами вернут людям зрение.
Можно восстановить зрение, вернуть обоняние и осязание. Но рано или поздно человек, подключенный к такому устройству, задумается: а что если мир, данный ему в ощущениях, создан хитроумными программистами? Много лет назад Станислав Лем предсказал появление фантоматов — устройств, полностью имитирующих реальность. Представьте себе, говорил он, вы покидаете зал фантомата с убеждением, что сеанс окончен, а тут вам на голову пикирует летающая тарелка, под ногами разверзается земля, из моря выходит чудовище… То есть шоу продолжается. Но с тех пор вы всегда будете сомневаться в реальности происходящего.
В ближайшем будущем начнется массовый выпуск чипов для имплантации их в тела животных. Станет возможным не только определять местонахождение животного, но и контролировать его поведение. Однако все вышеупомянутые технологии — только лишь попытки воздействия неживого, хоть и очень хитроумного, приспособления на живой организм. А чужеродное тело всегда можно распознать и обезвредить, как, например, это делает герой фильма «Вспомнить все».
Однако ученые вот уже много лет активно пытаются «срастить» живое и неживое. Причем небезуспешно.
В прошлом году исследователям из института им. Макса Планка (Мюнхен) удалось реализовать сенсационный проект. Впервые была создана работающая полупроводниковая цепь, соединяющая нейроны живого существа — улитки
— и кремниевый чип. Питер Фром-герц, директор факультета мембран и нейрофизики, экспериментировал в этой области более пятнадцати лет. Уже в 1990 году он и его коллеги сумели на короткое время срастить нейрон. пиявки с полупроводником. Проблемы возникли сразу же, поскольку нейроны, образуя сеть, перемещаются, разрывая контакт с неживым объектом. Решение хоть и было простым, но на техническое воплощение ушло почти десять лет. Наконец с помощью микрошпенечков из пластика удалось надежно зафиксировать нейроны улитки. Каждый нейрон теперь соединен не только с другими нервными клетками, но и с чипом. Устройство последовательно и параллельно обрабатывает сигналы, идущие с микрочипа к нейронам и от нейронов к чипу.
«Это просто фантастика — объединить элементы мозга и компьютеры», — радостно заявил Фромгерц. В ближайшее время он собирается приступить к работе с нейронами млекопитающих.
Так впервые появился биочип.
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего сумели вырастить живые нейроны мозга на кремниевых пластинах. Их целью было наблюдение за процессами, идущими в нейронах головного мозга во время процесса обучения. В традиционной методике используются электроды, контакт с которыми через несколько часов приводит клетки к гибели. Американцы же воспользовались фотопроводящими свойствами кремниевой пластины. Лазерный луч освещал участки между нейронами и полупроводником, изменяя его сопротивление в этом месте, фиксируя изменения в нейронах. С помощью такого биочипа удалось выяснить, что механизмы кратковременной и долговременной памяти обусловлены различными физическими процессами в нейроне и характером связей между ними. Обнаружилось, что кратковременная память — результат недолгого контакта между нейронами с помощью своих нитей-отростков. В свою очередь, долговременная память возникает в процессе образования новых нитей, которые крепко и надолго связывают нейроны между собой.
Термин «биочип» применяется также и для наименования устройств, не использующих кремниевую технологию. Это отдельное и весьма перспективное направление в биомедицине, изучающее методику быстрого и качественного анализа генетического материала. Технология создания биосенсоров базируется не на кремниевой, а на стеклянной подложке, на которую наносятся длинные или короткие фрагменты ДНК. Возникает небольшая матрица, а зафиксированные фрагменты ДНК реагируют на различные типы молекул. В итоге можно получить сведения о состоянии генов исследуемого организма, обнаружить и проанализировать генетическую активность, связанную с различными патологиями, а также с реакцией на лекарственные препараты.
Скоро будет создан биочип, с помощью которого можно прогнозировать воздействие потенциальных лекарственных препаратов на мозг.
