Обезьяны научились набирать Шекспира силой мысли и с рекордной скоростью

Учёные из Стэнфордского университета (США) имплантировали в мозг макакам массив электродов и, усовершенствовав алгоритмы считывания сигналов от нейронов, смогли добиться существенного роста в скорости набора ими текстов "силой мысли". В ходе опытов обезьяны, руководствуясь "суфлёрской строкой", набирали фрагменты из Шекспира и современных газет со скоростью, довольно высокой даже для человека. Соответствующая статья опубликована в журнале Proceedings of the IEEE.

Электроды были имплантированы в двигательную зону коры головного мозга двух макак-резусов задолго до эксперимента, и в аппаратной части интерфейса "мозг-компьютер" никакие изменения не вносились. Однако в области программного обеспечения авторы работы внесли немало нового. Чтобы научиться лучше всего преобразовывать импульсы от коры мозга макак, они использовали машинное обучение. Сначала электроды записывали электрические сигналы от нейронов обезьян, которые за пищевое вознаграждение учились наводить руками курсор на символы (электроды были имплантированы именно в зону мозга, ответственную за движения верхних конечностей).

К машинному обучению относят методы, которые "позволяют компьютерам учиться без их непосредственного программирования". В данном случае использовался метод "обучение с учителем". Программа сперва записала с электродов обучающую выборку, то есть данные о том, каким движениям курсора соответствуют какие импульсы с электродов. Особенность машинного обучения в том, что хотя такая зависимость очень сложна и пока не ясна учёным, для "машинного перевода" электроимпульсов в движения курсора это не важно. Программное обеспечение при таком подходе учится воспроизводить образцы, "не вникая" в смысл, стоящий за конкретными сигналами-образцами.

Чтобы дополнительно улучшить производительность системы, машинное обучение одновременно применялось к двум задачам. Первой была дешифровка того, какие импульсы возникают в нейронах при отслеживании положения курсора. Второй — какие импульсы генерируются, когда обезьяна хочет кликнуть курсором по символу. После того как программное обеспечение в достаточной степени "изучило" то, как макаки наводили курсор руками, исследователи поменяли подход. Они убрали манипуляторы от рук обезьян, и те двигали курсором по виртуальной клавиатуре одной "силой мысли", то есть импульсами своих нейронов. Экран, который стоял при этом перед ними, выглядел так: 

Животные воспроизводили слова, появлявшиеся в "суфлёрской строке". При этом количество ошибок было весьма мало, а скорость набора достигала 12 слов в минуту. Фразы для копирования подбирались исследователями из газет и шекспировского "Гамлета". Следует отметить, что редкий англоговорящий человек может набирать последний текст с указанной скоростью. В случае обезьян этот особенно выдающийся результат. Они копировали символы (английские буквы) с неизвестным им значением, то есть основывали свой набор исключительно на визуальной памяти. Сами по себе обезьяны (даже такие способные, как шимпанзе) в ряде широко известных экспериментов с компьютерным набором ранее использовали только разработанные специально для них пиктограммы.

Учёные отмечают, что электроды, использованные в данном эксперименте, пробыли в мозгу макак до этого несколько лет, и их производительность при этом не снизилась. Не дали они и каких-либо побочных эффектов. Авторы работы полагают, что такие имплантаты могут пригодиться инвалидам, страдающим проблемам с мышцами, и поэтому неспособным корректно пользоваться речью или набирать текст для общения с другими людьми. Подробнее о возможностях таких технологий для решения проблем со здоровьем и улучшения способностей людей смотрите в материале нашего журналиста: "Наука в Deus Ex: когда мы получим улучшение собственного тела?".