Хью Герр: Как мы станем киборгами и расширим человеческий потенциал

Я профессор МIT, но я не проектирую здания и не разрабатываю компьютерные системы. Я конструирую части тела: бионические ноги с улучшенными возможностями для ходьбы и бега.

В 1982 году я пострадал во время горного восхождения, и обе мои ноги пришлось ампутировать из-за повреждения тканей от обморожения. Можете посмотреть на мои ноги: 24 сенсора, шесть микропроцессоров и механизмы, подобные мышцам и сухожилиям. По сути, ниже колена я состою из гаек и болтов. Но с этой новейшей бионической технологией я могу прыгать, бегать и танцевать.

Я бионический человек, но еще не киборг. Когда я хочу сделать движение ногами, нервные импульсы из моей ЦНС проходят по моим нервам и приводят в действие мышцы в остатке моей ноги. Эти импульсы улавливаются искусственными электродами, и мини-компьютеры в бионической ноге превращают нервные импульсы в движение, которое я хочу сделать. Проще говоря, когда я хочу сделать движение, в механическую часть моего тела поступает команда. Однако эти компьютеры не могут передавать информацию в мою нервную систему. Когда я делаю движение механическими ногами или прикасаюсь к ним, я не испытываю нормального чувства осязания или движения. Если бы я был киборгом и мог бы чувствовать свои ноги через мини-компьютеры, передающие информацию в мою нервную систему, то, я думаю, это бы в корне изменило мое отношение к механической части моего тела. Сегодня я не чувствую ног, и по этой причине они для меня — просто механизмы, отдельные от моего тела и разума. Это не часть меня. Думаю, если бы я был киборгом и мог бы чувствовать свои ноги, они бы стали частью меня, частью моего «я».

В МIT мы работаем над NeuroEmbodied Design. В ходе такой разработки разработчик проектирует плоть и кости человека — само биологическое тело — и механику, чтобы улучшить двустороннюю связь между нервной системой и искусственным миром. NeuroEmbodied Design — это метод создания кибернетического взаимодействия. В ходе такой разработки разработчики видят перед собой будущее, где технологии — это уже не компромисс, не безжизненные механизмы, отдельные от тела и разума; будущее, где технологии полностью объединены с нашей природой; мир, где грань между биологическим и небиологическим, человеческим и нечеловеческим, естественным и неестественным навсегда будет стерта. Это будущее даст людям новые тела. NeuroEmbodied Design откроет нашей нервной системе доступ в механический мир, а механическому миру — в нас, что в корне изменит то, кто мы. Если сделать биологическое тело более приспособленным для общения с искусственно спроектированным миром, то к концу XXI века человечество положит конец инвалидности и заложит научную и технологическую основу для улучшения человека, для расширения человеческих возможностей за пределы врожденного и физиологического на когнитивном, эмоциональном и физическом уровне.

Есть много способов для массового создания новых тел: от биомолекулярного метода до выращивания тканей и органов. Сегодня я хочу поговорить об одной области NeuroEmbodied Design, где мы перестраиваем и формируем ткани человеческого тела с помощью хирургических и регенеративных процессов. Нынешняя процедура ампутации почти не изменилась со времен Гражданской войны в США, и она безнадежно устарела в свете значительного прогресса исполнительных механизмов, систем контроля и технологий нейронных связей. Ее серьезный недостаток — отсутствие динамических взаимодействий мышц для управления и проприоцепции.

Что же такое проприоцепция? Когда вы тянете ступню на себя, мышцы в передней части ноги сокращаются, а мышцы в задней части ноги одновременно растягиваются. А если потянуть ступню от себя, то происходит обратное: мышцы в задней части ноги сокращаются, а в передней — растягиваются. Когда эти мышцы сокращаются и расслабляются, биологические датчики в сухожилиях мышц передают эту информацию по нервам в мозг. Так мы чувствуем, где находятся наши ступни, даже если не видим их.

Нынешняя процедура ампутации разрывает эти динамические мышечные взаимодействия, тем самым препятствуя нормальным проприоцептивным ощущениям. Это значит, что стандартный протез не может передать нервной системе информацию о том, где он находится в пространстве. Следовательно, пациент не чувствует и не ощущает положение своего протеза и движение его суставов, если не видит их своими глазами. Мои ноги ампутировали именно по этой методике времен Гражданской войны. Я чувствую свои ноги, чувствую их прямо сейчас, как фантомные конечности. Но пошевелить ими я не могу. Кажется, будто они в твердых лыжных ботинках.

Для решения этих проблем мы изобрели в МIT агонистический-антагонистический мионевральный интерфейс, сокращенно АМИ. Метод АМИ соединяет нервы в остатке конечности с внешним бионическим протезом. Как устроен АМИ и как он работает? АМИ состоит из двух хирургически связанных мышц — агониста и антагониста. Когда при электрической активации агонист сокращается, то антагонист растягивается. Благодаря такому динамическому взаимодействию мышц биологические сенсоры в мышечном сухожилии отправляют по нерву в ЦНС информацию о длине, скорости и силе мышечного сухожилия. Именно так работает проприоцепция мышечных сухожилий, и это главный способ, каким мы, люди, чувствуем и ощущаем положение, движение и силу наших конечностей.

Если конечность ампутирована, хирург соединяет эти противодействующие мышцы в остатке конечности и создает АМИ. Можно создать и несколько АМИ, чтобы управлять суставами нескольких протезов и ощущать их. Затем на каждую мышцу АМИ ставятся искусственные электроды, сигналы от которых расшифровывают мини-компьютеры в бионической конечности, чтобы управлять мощными двигателями в этой конечности. При движении бионической конечности мышцы АМИ движутся вперед и назад, отправляя сигналы через нерв в мозг и позволяя человеку испытывать естественные ощущения от движений протеза и его нахождения в пространстве.

Можно ли использовать эти принципы разработки тканей на настоящем человеке? Несколько лет назад мой дорогой друг Джим Юинг — мы дружим уже 34 года — попросил меня о помощи. С Джимом произошло ужасное несчастье. Во время скалолазания на Каймановых островах он упал с 15-метровой высоты, когда веревка не смогла его удержать. Он получил много, много травм: пробитые легкие и многочисленные переломы костей. После трагедии он мечтал вернуться к любимому виду спорта, скалолазанию, но как можно было сделать это возможным?

Ответом стала «Команда Киборг» — команда хирургов, ученых и инженеров, которые собрались в МIT, чтобы вновь позволить Джиму подниматься в горы. Доктор из команды, Мэттью Карти, ампутировал сильно пострадавшую ногу Джима в женской больнице Бригхэма в Бостоне, используя хирургическую процедуру АМИ. Были созданы блоки сухожилий и прикреплены к большой берцовой кости, чтобы соединить противодействующие мышцы. Процедура АМИ восстановила у Джима нервную связь между мышцами голеностопа и мозгом. Когда Джим делает движение своей фантомной конечностью, вновь связанные мышцы двигаются в динамических парах, и сигналы проприоцепции проходят через нервы в мозг, поэтому Джим чувствует положение и движения голеностопного сустава даже с закрытыми глазами.

Вот Джим в лаборатории МIT после всех операций. Через электроды мы электрически подсоединили АМИ-мышцы Джима к бионической конечности, и Джим быстро научился двигать ей в четырех различных направлениях. Мы были рады уже этим результатам, но потом Джим встал на ноги, и то, что произошло, было поистине поразительно. Вся естественная биомеханика, идущая от ЦНС, проявилась в механической конечности как непроизвольное, рефлексивное действие. Все тонкости движения ступни во время подъема по лестнице предстали у нас перед глазами. Вот Джим спускается по лестнице, тянется бионическим пальцем ноги к следующей ступеньке, автоматически демонстрируя естественные движения без какого-либо преднамеренного действия с его стороны. Поскольку ЦНС Джима получает проприоцептивные сигналы, она точно знает, как управлять механической ногой естественным образом.

Теперь Джим ходит и ведет себя так, словно механическая нога — это часть его самого. Например, однажды в лаборатории он случайно наступил на рулон изоленты. Что вы делаете, когда что-то прилипло к вашей обуви? Вы так не наклоняетесь, это слишком неуклюже. Нет, вы трясёте ногой, и именно так сделал Джим всего после нескольких часов нервной связи с протезом. Самым интересным для меня был рассказ Джима о том, что он испытывал. Он сказал: «Робот стал частью меня».

Джим Юинг: На следующее утро после того, как меня впервые подсоединили к роботу, моя дочь подошла ко мне и спросила, каково это — быть киборгом. Я ответил ей, что не чувствовал себя киборгом. Я чувствовал, будто вернул свою ногу, и что не я подсоединен к роботу, а скорее робот подсоединен ко мне и стал частью меня. Он очень быстро стал моей ногой.

Хью Герр: Спасибо.

Двунаправленно соединив нервную систему Джима и механическую ногу, мы достигли неврологического слияния. Я предположил, что, поскольку Джим может двигать механической ногой силой мысли и поскольку он чувствует эти движения в своей нервной системе, протез уже выступает не отдельным механизмом, а неотъемлемой частью Джима, неотъемлемой частью его тела. Благодаря неврологическому слиянию Джим не чувствует себя киборгом. Он просто чувствует, что вернул себе ногу, что вернул себе тело.

Меня часто спрашивают, когда я сам установлю двустороннюю нервную связь со своими протезами, когда я сам стану киборгом. Но правда в том, что я пока не решаюсь стать киборгом. До того, как мне ампутировали ноги, я очень плохо учился. В школе я получал тройки с минусом, а то и двойки. А после ампутации я вдруг стал профессором в МIT.

И я опасаюсь, что, восстановив нервную связь с ногами, мой мозг снова вернется в свое не самое умное состояние.

Хотя, знаете, почему бы и нет — у меня уже есть постоянная должность в МIT.

Я верю, что NeuroEmbodied Design выйдет далеко за пределы протезирования и приведет человечество в миры, в корне меняющие определение человеческого потенциала. В нашем XXI веке ученые откроют нервной системе доступ к чрезвычайно сильным экзоскелетам, которыми можно будет управлять и которые можно будет ощущать силой мысли. Мышцы в теле могут быть перенастроены для управления мощными двигателями, а также для восприятия и ощущения движений экзоскелета, чтобы увеличить силу человека, высоту прыжка и скорость бега. Я верю, что в нашем XXI веке люди станут супергероями. Возможно, люди также смогут добавлять себе и нечеловеческие части тела, например, крылья, управляя каждым их движением и ощущая их в нервной системе. Леонардо да Винчи говорил: «Испытай полет один раз, и твои глаза навечно будут устремлены в небо. Однажды там побывав, на всю жизнь ты обречен тосковать о нем». Я верю, что на закате этого века строение и динамика человеческого тела будут до неузнаваемости отличаться от того, какие они у нас сегодня. Человечество поднимется в небо и будет летать. Джим Юинг упал на землю и серьезно пострадал, но его глаза устремились в небо, о котором он всегда тосковал. После трагедии он мечтал не только снова встать на ноги, но и вернуться к любимому виду спорта — скалолазанию. Специально для Джима команда Киборг в МIT сделала протез для вертикального мира: ногу, управляемую мозгом, с полными ощущениями положения и движения. С этой технологией Джим вернулся на Каймановы острова, где с ним произошел несчастный случай, чтобы снова пойти в горы и добраться до неба.

Дамы и господа, Джим Юинг, первый киборг-скалолаз в мире.

Перевод: Полина Никитина
Редактор: Наталия Ост

Источник