Наука в Deus Ex: когда мы получим улучшение собственного тела?

Приятная случайность

Действие первых двух игр киберпанк-серии, Deus Ex и Deus Ex: Invisible War, происходит во второй половине XXI века — в 2052 и 2072 годах соответственно. Их продолжение — Deus Ex: Human Revolution и вышедшая недавно Deus Ex: Mankind Divided — хронологически ближе к нам: они описывают события 2027 и 2029 годов. По сюжету в эту эпоху население Земли начнёт массово использовать аугментации — улучшения человеческого тела. При этом все аугментации можно будет отнести к одному из трёх типов: механические, психофармацевтические и нанотехнологические. Первыми (в 2020-е годы) доведут до ума, конечно, механические, а другие два типа появятся позже (в 2050—2070 годах), и их внедрение будет сопряжено со множеством сложностей.

Авторы первых двух игр не были слишком озабочены научной стороной аугментаций и не очень подробно объясняли суть большинства технологий, используемых для психофармацевтических и нанотехнологических улучшений. Зато разработчики Deus Ex: Human Revolution советовались с Уиллом Роселлини (Will Rosellini), специалистом в области нейро- и биотехнологий. Уилл знает, о чём говорит: он обладает шестью магистерскими дипломами по различным направлениям, и на его счету руководство несколькими компаниями по производству биоимплантатов. В числе них компания Nexeon MedSystems (занимается имплантируемыми медицинскими устройствами вроде инсулиновых помп), Microtransponder (разрабатывает приборы для стимуляции периферических нервов) и (да-да!) Sarif Biomedical, LLC (специализировалась в микрохирургии).

Интересно, что всей столь солидной науки в DX: HR, а также в её социально направленном продолжении DX: MD, могло бы и не быть. Разработчики вышли на Роселлини не сами: получилось ровно наоборот. В одном из интервью Уилл Роселлини рассказал, как он стал научным консультантом обновлённой серии Deus Ex. В начале 2000-х он много играл в оригинальный Deus Ex, а также его продолжение Deus Ex: Invisible War и был приятно удивлён упоминанием бионических технологий в них. Однако, по его мнению, многие "наноидеи" Deus Ex были взяты с потолка и принцип работы большинства аугментаций нигде толком не объяснялся. Когда Уилл узнал, что франшизу собираются перезапустить, он просто позвонил разработчикам и предложил бесплатно помочь им сделать игру научно корректной. Как позже признались создатели Deus Ex, они сначала решили, что Роселлини — очередной полубезумный фанат, но потом поняли, что ошибались.

Конечно, вряд ли через 11—13 лет нас ждёт такой расцвет технологий, какой описан в двух последних играх серии. Тем не менее реальная наука не стоит на месте и предпосылок к реализации аугментаций, особенно механических, становится всё больше и больше.

Чувствительные протезы

В каком-то смысле механические аугментации есть уже сейчас. Правда, большинство из них призвано восстановить утраченные способности, а не добавить нормально развитому организму новые возможности, такие как, например, поднятие тяжелейших грузов. Кстати, то же касается и ноотропных препаратов: легальные средства не дают невероятного прироста умственных способностей, но помогают приблизиться к полноценной жизни тем, чей интеллект по каким-то причинам ухудшился.

Чаще всего протезируют утраченные руки и ноги или их части. Чтобы искусственная конечность была максимально приближена к настоящей, она должна обладать двумя способностями: принимать команды о движении от центральной нервной системы и передавать обратно полученные ощущения. Иными словами, бионическая рука (или нога) в идеале должна и делать, и чувствовать. Умение ощущать повысит точность движения искусственной конечности. Правда, сделать такой нейропротез гораздо сложнее, чем тот, что будет способен только двигаться или только передавать ощущения.

Тем не менее он уже существует. В 2014 году в научном журнале Science Translational Medicine вышла статья об одном из первых протезов руки, который мог и перемещаться, и чувствовать. Этот протез крепился прямо к кости наполовину ампутированной руки добровольца и на момент публикации статьи использовался уже более года. А в апреле 2016-го подобное устройство представили сотрудники Лаборатории функциональных нервных интерфейсов в Университете Кейс-Уэстерн. Оно позволяет своему владельцу, потерявшему кисть в результате несчастного случая, ощупывать предметы, что повышает точность действий нейропротеза более чем в два раза (с 43 до 93 процентов). Это достигается за счёт того, что в протез встроены сенсорные датчики, информация от которых поступает в чувствительные нервы руки. С его помощью можно отделить плод вишни от черенка даже с закрытыми глазами. Учёные продолжают совершенствовать свою разработку и надеются существенно снизить количество проводов в ней уже к 2019 году.

 

Можно связать протез напрямую с моторной корой головного мозга и зонами его тактильной чувствительности, а можно соединить имплантат с более далёкими от мозга периферическими нервами. Сейчас используют оба подхода. Впрочем, надо отметить, что слово "напрямую" здесь не совсем верно. Головной мозг в любом случае получает не такие же импульсы, как чувствительные нервы, да и в конечность проходят команды, отличные от тех, что выдаёт моторная кора. Так что между головой и рукой/ногой всегда, в том или ином виде, находится преобразователь — например, миниатюрный компьютер. Он помогает мозгу и конечности "понять" друг друга.

Глубокое проникновение: плюсы и минусы

В нейропротезах используют несколько типов электродов. Они отличаются друг от друга глубиной проникновения в нервную ткань. Чем глубже расположен электрод, тем точнее информация, которую он способен передать, и тем больше рисков повредить нервную ткань. Например, электроды для электроэнцефалографии накладывают на поверхность головы. С нервными клетками они никак не соприкасаются, но и данных дают немного: они лишь считывают "общий настрой" мозга или его крупных участков. Интерпретировать сигналы от них достаточно трудно. Есть электроды, которые накладывают непосредственно на поверхность коры головного мозга. Соответственно, для их установки нужно сверлить череп, зато передаваемая ими информация получается точнее. Наконец, инвазивные электроды помещают прямо в толщу нервной ткани. Как и описано в DX: HR, их недостаток в том, что постепенно они обрастают клетками нейроглии (вспомогательными клетками нервной ткани), отчего точность электродов постепенно снижается. Особенно это касается металлических образцов.

В имплантатах Deus Ex: Human Revolution для электродов используется технология PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)). Она уже существует в реальности. Речь идёт о полимерных материалах, проводящих электричество. Они мягче металлов и поэтому не так сильно повреждают нервную ткань. Тем не менее PEDOT не решает проблемы с числом электродов. На самом деле, чтобы по объёму и точности передаваемой информации нейропротез не отличался от натуральной конечности, он должен быть соединён отдельным каналом связи с телом каждой задействованной нервной клетки. Но для этого нужно десятки тысяч очень маленьких электродов, ведь нейроны — одни из самых мелких клеток человеческого организма. Поэтому современными методами добиться "природной" чувствительности и подвижности конечностей нельзя.

Лекарство под названием нейропозин, нужное практически всем аугментированным персонажам DX: HR, кроме главного героя, теоретически вполне можно создать. Нейропозин останавливает рост глиальных клеток, окружающих внедрённые в нервную ткань электроды. Его аналог будет реагировать на молекулы, присущие только определённым типам клеток нейроглии, и посылать сигналы клеткам иммунной системы атаковать их. (Похожий механизм действия лежит в основе терапии рака и других заболеваний моноклональными антителами.) Однако оно не восстановит нейроны, разрушенные во время внедрения электродов. А если регенерировать некоторое количество нервных клеток, становится непонятным, зачем нужны нейропротезы. Ведь зная, как получить в конкретных участках мозга новые нейроны (с помощью стволовых клеток или каким-либо другим способом), можно управлять их ростом так, чтобы они образовывали нужные связи и без протезов.

Еда для механической руки

Одна из главных странностей Deus Ex: Human Revolution заключается в том, что после периодов физической активности главный герой должен есть сладкие батончики, чтобы восстановить энергию (в новой части, как и в первых двух играх франшизы, для "подзарядки" используются батарейки). Многим это кажется бессмысленным в век серьёзного развития технологий. На деле всё логично: протезы, не состоящие из живых клеток, должны откуда-то получать "топливо", и углеводы — неплохой вариант, только надо научить элементы питания самих протезов преобразовывать энергию батончиков в доступную для себя форму. Это гораздо лучше, чем необходимость периодически отсоединять имплантаты, чтобы заменить в них батарейки. Тем более что топливные элементы, использующие энергию глюкозы, уже были созданы в 2010 году, о чём сообщалось в научном журнале PLoS ONE. В том исследовании топливные элементы в брюшной полости крыс использовали реакцию окисления глюкозы кислородом с участием ферментов. Каждая ячейка выдавала максимальную мощность 6,5 микроватта, а ряд элементов общим объёмом 1 миллилитр генерировал 22,4 микроватта. Для питания кардиостимулятора достаточно половины от этой мощности, притом что в среднем кардиостимуляторы в 15 раз больше по объёму.

Новые возможности

В реальности признанными пионерами и новаторами в области нейропротезов являются сотрудники лаборатории Мигеля Николелиса из Университета Дьюка. Кстати, один из главных коллег Николелиса — наш бывший соотечественник, выпускник МФТИ, Михаил Лебедев. Забавно, что в самой первой Deus Ex присутствуют персонажи, напрямую связанные с механическими аугментациями, чьи имена (Хуан Лебедев и Мигель) напоминают о Мигеле Николелисе и Михаиле Лебедеве. Впрочем, вероятнее всего, это лишь совпадение.

Несколько лет назад в лаборатории Николелиса спроектировали экзоскелет, позволяющий человеку с полностью парализованными ногами снова ходить. Международный проект по разработке экзоскелета так и назвали — Walk Again. Экзоскелет под названием BRA-Santos Dumont I (назван в честь пионера авиации Альберта Сантоса-Дюмона, потерявшего способность управлять ногами после падения с лошади) — это каркас из металла и пластика, в который встроены гидравлические двигатели и сочленения, "дублирующие" тазобедренные, коленные и голеностопные суставы. 

Сигналы об электрической активности мозга для BRA-Santos Dumont I собирают электроэнцефалографические электроды. На поверхности подошв экзоскелета находятся датчики прикосновения. Они сделаны по технологии "искусственной кожи". Сенсоры в виде маленьких шестиугольников передают сигналы от поверхности ступней к той части устройства, которая соприкасается с пальцами пациента. Человек в экзоскелете чувствует движения ног руками и может ощущать устройство как часть себя. Демонстрация возможностей BRA-Santos Dumont I прошла на церемонии открытия чемпионата мира по футболу в 2014 году в Бразилии. Тогда бывший атлет Хулиано Пинто, которому парализовало ноги в результате автокатастрофы, вышел на поле и сделал первый удар по мячу.

Как HUD (Heads-Up Device) Адама Дженсена даёт приятные дополнительные возможности человеческому глазу, так и реальная разработка лаборатории Николелиса позволяет лабораторным животным освоить новые горизонты ощущений. В феврале 2016 года в The Journal of Neuroscience вышла статья с описанием нейропротеза для крыс, позволяющего им чувствовать инфракрасное излучение.

Инфракрасные датчики помещали на поверхность головы грызуна. Сигналы от этих датчиков передавались в соматосенсорную кору больших полушарий, в ту её область, которая в норме получает сигналы от вибрисс ("усов"). Животные обучались использовать информацию об инфракрасном излучении и выполнять связанные с ней задачи всего за несколько дней. Важно, что в эксперименте использовали не детёнышей, у которых мозг обычно более пластичен, а уже вполне взрослых крыс. Тот факт, что они быстро начинали применять информацию совершенно нового типа, даёт надежду на то, что и людям будет в будущем доступно нечто похожее.

Существуют нейропротезы, по свойствам более похожие на HUD, — ретинальные имплантаты. Правда, они опять же не выстраивают дополненную реальность, а лишь помогают частично восстановить утраченное зрение.

Очевидное или невероятное?

Не все технологии, описанные в новых Deus Ex, будут применимы в обозримом будущем. Например, искусственные клетки для переноса огромных объёмов кислорода, респироциты, описанные в одной из электронных книг в DX: HR (и предсказанные в реальном мире в 1998 году Робертом Фрейтасом), ещё крайне далеки от реализации. То же касается и улучшения социальных навыков с помощью компьютера. Сейчас для облегчения общения гораздо проще использовать психоактивные вещества, из которых далеко не все разрешены к свободному приёму.

Так, известно, что нейрогормон окситоцин повышает дружелюбие и облегчает создание привязанностей, но его действие достаточно избирательно: он не меняет отношения к чужакам (а меж тем с чужаками приходится взаимодействовать довольно часто). Хотя компьютерные программы, позволяющие распознавать эмоции, уже существуют, они ещё весьма далеки от совершенства и не способны анализировать сразу и внешний вид человека, и его голос. А главное — их невозможно встроить в живое существо.

У любых аугментаций, кроме научной, есть социологическая сторона. Как общество воспринимает модификации тел своих членов? Именно это главная тема новой игры серии — Deus Ex: Mankind Divided. О том, к каким последствиям в реальном мире приводит обладание имплантатами, читайте в другом материале Лайфа.