Материал: Нанотехнологии для всех (Рыбалкина), 2005, c.444

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

– этиловый спирт (С2H5OH). Принятый внутрь, алкоголь че

рез 2 минуты попадает в кровь, которая разносит его по всем клеткам организма.

Не секрет, что клетки нашего тела и особенно клетки мозга не могут выполнять свои функции без участия кислорода. Если перекрыть человеку дыхание, он умрет от удушья уже через нес колько минут. Так вот, алкоголь действует на клетки очень по хожим образом: он быстро сгорает, вступая в химическую реак цию с жироподобными веществами, содержащимися в клетках, “отнимая” у них кислород и воду. В результате клетки обезво живаются и погибают. Особенно страдают при этом печень, почки, сердце. Но если эти ткани со временем восстанавлива ются за счет новых клеток, то клетки мозга, как известно, не об новляются, поэтому нервная система и головной мозг наиболее беззащитны перед ядовитым действием алкоголя.

В первую очередь страдают клетки больших полушарий го ловного мозга. Ухудшается условно рефлекторная деятель ность человека, замедляется формирование сложных движе ний, изменяется соотношение процессов возбуждения и тор можения в центральной нервной системе. Под влиянием алко голя нарушаются произвольные движения, человек теряет спо собность управлять собой и превращается в отвратительную марионетку: пробуждаются низменные инстинкты, сопровож даемые беспричинной радостью, глупым смехом, суетливостью или, наоборот, агрессивностью. Пьяный человек может гово рить и делать то, чего никогда не сказал и не сделал бы, будучи трезвым. За это алкоголь причисляют к специфическим нерв ным ядам или наркотикам.

Но “вернемся к нашим баранам”. Согласно современным представлениям о физиологии мозга, все наши знания и уме ния существуют в нем как шаблоны межнейронных соедине ний и концентрации нейротрансмиттеров. И поскольку лич ность человека – это не столько его тело, глаза, руки и т. д., сколько его сознание, его внутреннее “Я”, его память, мышле ние, эмоции и чувства, то один из возможных путей достиже ния человеческого бессмертия Рэй Курцвейл видит в переносе сознания из биологического мозга на искусственный носитель информации.

Какие аргументы говорят в пользу такого переноса?

348

ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина

Хотя мозг и появился в результате долгого естественного отбора, его дизайн довольно груб. Нейроны – громоздкие при боры, работающие в 10 млн. раз медленнее электроники. Они действуют с частотой всего лишь 200 герц, а сигналы по ним распространяются со скоростью, не превышающей 150 м/с. Поскольку с возрастом мы теряем нейроны вместо того, чтобы наращивать новые, возникает проблема информационного пе реполнения мозга. Дело в том, что наш мозг, видимо, хранит в себе всю информацию, которую он получает в течение жизни (даже то, что кажется давно забытым, хранится где то в тайни ках нашего подсознания). Но всякое хранилище информации имеет ограниченную емкость, а “апгрейдить” биологический мозг невозможно.

Кроме того, к нейронам невозможен доступ извне, они не могут принимать и передавать импульсы во внешнюю среду или быть произвольно перепрограммированы нашим сознанием. Мы не можем усовершенствовать свой собственный исходный программный код. Мы не можем делать резервные копии содер жимого своей памяти. Мы не можем передавать мысли от одно го мозга к другому. Мы не можем перемещать сознание из одно го места в другое кроме как физической транспортировкой моз га, в котором оно работает. Когда хрупкий биологический мозг повреждается или уничтожается, сознание умирает вместе с ним.

Искусственные же вычислительные устройства всегда пре восходили мозг в запоминании и обработке информации. Компьютер может в точности запомнить триллионы фактов, тогда как мы с трудом запоминаем десяток телефонных номе ров. Компьютер может осуществлять поиск в базе данных сре ди миллиардов записей за доли секунды. Он обменивается ин формацией с другими компьютерами гораздо проще, чем люди. Комбинация человеческого интеллекта с превосходными спо собностями компьютера в памяти, скорости и точности комму никаций может дать нашему сознанию необыкновенные воз можности.

Как уже было сказано, мозг человека состоит примерно из 100 миллиардов нервных клеток, поэтому для полного описа ния состояния всех его нейронов требуется примерно 1015 байт (100 млрд. нейронов по 1000 соединений и по 10 байт на статус соединения). На первый взгляд – цифра невероятная, хотя на

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

самом деле это память всего лишь тысячи мощных серверов 2004 года. Если получить такую информацию, то гипотетичес ки можно смоделировать виртуальную нейронную сеть мозга, которая будет функционировать как живая, то есть “реагиро вать” на раздражители и “думать” так же, как ее биологический носитель.

Когда алгоритмы работы мозга будут распознаны, они мо гут быть реализованы в синтетических эквивалентах нейронов, которые можно запустить на вычислительном субстрате, в 10 миллионов раз более быстром, чем природные нейроны.

Каким же образом можно получить информацию о состоя нии каждого из 100 млрд. нейронов? Гипотетически мозг может быть отсканирован изнутри растворенными в крови наноробо тами, образующими локальную беспроводную сеть. Наши ка пилляры устроены так, что они проходят через каждое межней ронное соединение, каждый нейрон и каждый элемент нейро на. Отправив по ним миллиарды сканирующих роботов, мы можем получить карту мозга с разрешением до отдельного ней рона, отражающую все, что происходит внутри. Более реалис тичный проект предполагает линейное проникновение в мозг массива сверхтонких сканирующих электродов на основе, нап ример, нанотрубок.

Главная проблема сканирования мозга связана с медли тельностью и несовершенством современной техники, ведь мельчайшее движение пальца, мысль, эмоция и т. п. ведет к из менению состояния нейронов в процессе сканирования. Поэ тому точное сканирование живого мозга может звучать фантас тично. Но не то же самое ли говорили недавно про сканирова ние человеческого генома?

Наиболее простое решение этой проблемы, достижимое се годня – это разрушительное сканирование замороженного мозга. Суть его заключается в послойном срезании и сканиро вании отдельного тонкого слоя мозга за другим. Так можно по лучить информацию о каждом нейроне, соединении и конце нтрации нейротрансмиттера в каждом слое толщиной с синапс. Результаты такого послойного сканирования уже можно пос мотреть в Интернете по адресу www.nlm.nih.gov/research/visible/

Для эксперимента использовался замороженный труп при говоренного убийцы, завещавшего свое тело науке и позволив

350

ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина

шего отсканировать его мозг и тело именно таким путем. Те перь каждый может через интернет посмотреть каждую его клетку каждой косточки, мускула и пр. Однако сканирование проводилось с недостаточно большим разрешением, чтобы воссоздать все межнейронные соединения, узлы и синапсы, яв ляющиеся главным ключом к копированию индивидуальности человеческого мозга.

Главного недостатка разрушительного сканирования – ги бели самого биологического носителя сознания – можно избе жать, используя технологии неразрушающего сканирования – ЯМР (ядерно магнитный резонанс), оптическую и инфракрас ную томографию. Однако эти методы пока еще не способны различать отдельные нейроны с необходимым разрешением.

Итак, конкретная технологическая реализация искусствен ных носителей сознания определится по ходу прогресса, одна ко уже сейчас ясна ее сущность – “супернейроны” бессмертно го человека будущего могут быть многократно быстрее биоло гических, полностью читаемыми и перезаписываемыми, сво бодно программируемыми, способными экспортировать свое состояние из одного супернейрона в другой и производимыми в неограниченных количествах.

Человек, перенесший свое сознание на технический носи тель, начнет с того же IQ, который он имел в прежнем биологи ческом мозге, но, совершенствуя программное обеспечение и аппаратуру, он вскоре перейдет к сверхинтеллекту. Представьте себе сознание, работающее на частоте 200 МГц – это примерно в миллион раз быстрее, чем обычно. Размышление, которое в биологическом мозге заняло бы год, будет произведено за 31 се кунду, а вековые раздумья займут меньше часа! Технические но сители позволят нашим личностям умнеть, а не глупеть со вре менем. И еще мы получим интерфейс, позволяющий напрямую подключаться ко всей нашей машинной инфраструктуре.

За счет электроники может быть “усовершенствован” не только мозг, но и тело, ведь многие, если не большинство на ших целей связаны с телом: для каждого важна его внешность, защита, питание, лечение, удовлетворение его различных пот ребностей и желаний. Если мы намереваемся переместить ра зум в искусственную вычислительную среду, мы должны снаб дить его и новым телом, более функциональным, компактным и неприхотливым, лучше защищенным от внешних угроз.

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

То есть бессмертные люди должны быть немного киборга ми. Не теми неуклюжими механическими андроидами, сплошь облепленными электронными девайсами и с окровавленной печатной платой, торчащей из черепа, которых рисовали фан тасты 70 х, а киборгами с новыми, более совершенными, чем биологические, телами, сконструированными при помощи пе редовых нанотехнологий, способных нормально функциони ровать и в космическом вакууме, и на дне океана, используя преимущества искусственных органов чувств, способных восп ринимать любые излучения и позволяющие увидеть Вселенную во всей полноте ее проявлений.

О принципиальной возможности объединения биологи ческих и электронных компонентов говорят множество разра боток в области нейроэлектрических интерфейсов – устройств, позволяющих соединять компьютеры с нервной системой. Так, в начале 1990 х нервные клетки пиявки располагали на поверх ности транзисторов и пытались установить двусторонний кон такт между клетками и электронными компонентами. В 1999 году исследователи из Max Planck Institute поместили нейрон крысы диаметром около 20 мкм на матрицу транзисторов, пок рытых слоем диоксида кремния. Нейрон жил в растворе элект ролита на поверхности чипа в течение трех дней. Ученым уда лось передать информацию в виде импульсов от транзисторов к нейрону и наоборот. И нейрон воспринимал электрические им пульсы транзистора как свои!

А в начале 2004 года те же исследователи сконструировали чип, передающий импульсы от одного нейрона другому. Размер полученного нейрочипа составил 300 микрон при диаметре ней рона в 60 микрон. Потом были созданы и более сложные интер фейсы, например “чип нейрон нейрон … нейрон чип”, ней ронные цепи, управляемые микроэлектроникой, и ученые из Max Planck Institute уже управляли живой пиявкой с компьютера.

Но что там киберпиявка, по сравнению с экспериментами исследователей из Института Дюка (Северная Каролина) под руководством профессора Мигуэля Николелиса. Он добился самой настоящей киборгизации, соединив компьютер с двига тельным центром мозга крысы 48 проводами. Испытывая ост рую жажду, крыска беспокойно передвигалась по испытатель ной комнате. Она нашла предусмотренную учеными кнопку,

352