Группа нейрофизиологов из Университета Дьюка предложила новую парадигму в построении интерфейсов «мозг-компьютер». Ученые объединили мозги трех обезьян в единую распределенную систему, способную выполнять параллельно различные функции и синхронизировать свои усилия для достижения результатов без использования прямой коммуникации. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.

Сеть, состоящая из трех мозгов обезьян, совместно выполняющих и синхронизирующих свои действия для достижения общей цели. Изображение: Miguel A.L. Nicolelis et als. / Nature Scientific Reports

Ученые успешно провели три эксперимента с макаками-резусами (Macaca mulatta). Всем обезьянам имплантировали в управляющие движениями отделы мозга электроды, которые параллельно присоединялись к одному компьютеру. В общей сложности нейрофизиологи о снимали активность более чем 700 нейронов в мозге макак.

Каждая обезьяна проходила предварительный тренинг по управлению анимированной рукой-аватаром на экране. С помощью «силы мысли» обезьян приучали перемещать руку в двух и трех измерениях, чтобы «прикоснуться» к цели (см. видео). Индивидуально все макаки успешно справлялись с этой задачей.

В первом эксперименте – распределенном контроле – двум обезьянам предстояло одновременно управлять одной рукой-аватаром в двумерном пространстве, при этом каждая из них могла контролировать обе оси координат – X и Y, но только в одной из половин экрана. Поэтому, чтобы вовремя успеть прикоснуться ко всем появляющимся в разных уголках целям и получить вознаграждение (фруктовый сок) макакам требовалось синхронизировать работу своих мозгов и превратить их в единый «супермозг». После нескольких недель тренировок время необходимое для выполнения «прикосновения» сокращалось примерно на треть.

Третий вариант эксперимента. Изображение: Miguel A.L. Nicolelis et als. / Nature Scientific Reports

Второй вариант эксперимента. Изображение: Miguel A.L. Nicolelis et als. / Nature Scientific Reports

Первый вариант эксперимента. Изображение: Miguel A.L. Nicolelis et als. / Nature Scientific Reports

Во втором, более сложном эксперименте, две макаки также перемещали виртуальную руку в двумерном пространстве, но на этот раз каждая обезьяна могла контролировать лишь перемещение вдоль одной из осей – x или y. Это требовало еще более сложной и тонкой взаимной подстройки. Однако уже спустя три недели обезьянам удавалось научиться эффективно взаимодействовать друг с другом.

В последнем эксперименте трем макакам необходимо было управлять рукой-аватаром в трехмерном пространстве. При этом каждая обезьяна могла контролировать движение лишь по двум из трех осей (например, X и Y, X и Z, Y и Z). Для получения награды было необходимо, чтобы мозг как минимум двух обезьян в каждый момент времени работал синхронно. В видео ниже можно посмотреть визуализацию серии экспериментальных проб уже натренированных макак, где каждая цветная точка представляет траекторию движения одной из трех обезьян, а черная — их результирующую, движение руки-аватара.

Ученые надеются, что их открытие не только даст возможность опытным пользователям управляемых «силой мысли» экзоскелетов и аватаров обучать других новичков напрямую, но и позволит создавать бионейрокомпьтеры, напрямую коммутируя мозги множества живых животных.