В 2011 году студия Eidos-Montréal выпустила видеоигру Deus Ex: Human Revolution. По сюжету геймер берет на себя управление Адамом Дженсеном — главой службы безопасности биотехнологической компании «Шариф Индастриз», которая специализируется на производстве и продаже
Слово происходит от латинского augmentatio, что значит «увеличение». Оно используется в разных областях: в музыке (увеличение длительности нот), медицине (наращивание тканей и добавление в курс лечения новых препаратов), а также машинном обучении (искусственное увеличение обучающей выборки).
человеческого тела. В мире игры это относительно привычное явление. Поэтому, когда на компанию нападают террористы, Дженсен едва избегает смерти, получив от работодателя — впрочем, не особенно-то этого желая — множество улучшений своего тела.
Подробнее о Deus Ex ↓
Все художественные произведения во вселенной Deus Ex — не только игры, но также книги и комиксы — относятся к киберпанку и объединены общими темами: трансгуманизм, конспирология и могущественные организации, которые правят миром из тени.
Deus Ex (2000) и Deus Ex: Invisible War (2003)
рассказывают о событиях далекого будущего (после 2050-х годов), а действие
Deus Ex: Human Revolution (2011), Deus Ex: The Fall (2013) и Deus Ex: Mankind Divided (2016)
происходит в 2020-х. В играх нулевых главную роль играют нанотехнологии, а в более поздних — нейроимплантаты и кибернетические протезы, которые называют механическими аугментациями.
Игры Deus Ex: Human Revolution и ее продолжение Deus Ex: Mankind Divided, вышедшее в 2016 году, детально описывают игровую вселенную. И особое внимание уделяют технологиям: о биотехнологиях, нейронауке и нейроинтерфейсах они рассказывают через разговоры персонажей, письма и электронные книги. Я внимательно изучил все это в Human Revolution и других частях франшизы и собрал общую технологическую картину мира Deus Ex. А чтобы проверить, насколько описанные в играх технологии близки к реальной науке, поговорил с Никитой Федосовым, младшим научным сотрудником группы «Нейроинтерфейсы» Института AIRI, и нейробиологом Уиллом Роселлини (Will Rosellini), который консультировал разработчиков приквелов.
Поскольку в тексте часто упоминаются и имена персонажей игры, и реальные люди, мы решили выделить имена реальных людей жирным шрифтом.
ДИСКЛЕЙМЕР: В тексте есть спойлеры к сюжету игры Deus Ex: Human Revolution.
Нейрокомпьютерные интерфейсы
Главного изобретателя в мире Deus Ex зовут Хью Дэрроу. В нулевые его компания изобрела биочип, который устанавливается непосредственно в мозг человека и позволяет подключить к телу киберпротез, систему улучшенного зрения или вычислительный модуль.
Описанный в игре биочип можно отнести к реально существующему классу устройств — инвазивным нейропротезам, а точнее, интерфейсам «мозг — компьютер» (brain–computer interface, BCI). Электроды такого устройства напрямую контактируют с нервной тканью и могут как считывать сигналы с нервов, так и, наоборот, передавать их. Самым распространенным типом нейропротезов считаются кохлеарные имплантаты, восстанавливающие слух. О том, как работает эта технология, редактор N + 1 Мария Пази, которая пользуется таким имплантатом, рассказала в материале «Я вас услышала» и выпуске подкаста «Три сигмы».
Кстати, и в самой игре есть заметка о кохлеарном имплантате. В ней говорится об этих устройствах и анатомии человеческого слуха. Авторы оформили заметку в форме цитаты из научной статьи Хью Дерроу в вымышленном журнале NeoNature.
Тему инвазивных нейроустройств также раскрывает другая игровая заметка. Она рассказывает о том, что глубинная стимуляция с помощью вживленных в мозг электродов принесла пользу уже более 10 тысячам пациентов с болезнью Паркинсона. Эта заметка тоже оформлена в виде выдержки из научной статьи — на этот раз журнал называется Neuroprosthetics Journal Quarterly.
Это реальная практика. При болезни Паркинсона появляется тремор и другие двигательные симптомы — это связано с дисбалансом дофамина в
группе подкорковых структур головного мозга, играющей ключевую роль в регуляции движений
. Некоторым пациентам успешно имплантируют электроды в эту структуру мозга для контроля симптомов.
Никита Федосов
Никита Федосов также отмечает, что инвазивные интерфейсы бывают разными. В одних случаях тонкие электроды вживляются прямо в ткань мозга — как можно ближе к
Так называют группы нейронов, объединяемые по функциональному признаку.
. В других используется электрокортикография: электродная сетка укладывается на поверхность коры мозга. Этот подход часто используется в медицине — например, перед операцией у пациентов с фармакорезистивной эпилепсией, для речевого картирования коры и поиска очага эпилепсии.
Но инвазивные интерфейсы — не самый популярный способ подключаться к мозгу. Их установка требует нейрохирургической операции и несет риски инфекций и воспалений. Вместо этого чаще используются полуинвазивные (электрод внедряется лишь в череп) и неинвазивные подходы (ЭЭГ-датчики на поверхности головы). Строго говоря, к непосредственному контакту электродов с тканью мозга прибегают лишь тогда, когда неинвазивные методы не дают нужного качества сигнала или требуемой функциональности, как в случае с болезнью Паркинсона. Важна и тяжесть ситуации. Риск оправдан, когда естественный путь передачи сигнал нарушен, например, как в случае с пациентом, игравшим в Counter-Strike с помощью BCI-чипа компании Neuralink — у него парализовало большую часть тела после травмы спинного мозга.
Также популярность в последние годы приобретают нейроинтерфейсы на основе ближнепольной ИК-спектроскопии, а также оптогенетические методы. Подробнее об электрической природе нервных сигналов и типах нейроинтерфейсов читайте в материале «Не голова, а компьютер».
В 2007 году, когда стартовала разработка игры, мы представляли себе, что к 2027 году в мире Human Revolution все высокотехнологичные аугментации будут управляться с помощью инвазивного нейронного интерфейса Хью Дэрроу — золотого стандарта для бесперебойного управления с высокой пропускной способностью. Это был смелый оптимизм: в то время доминировали миоэлектрические протезы, технология ЭЭГ была слишком неповоротливой, чтобы обеспечить настоящую ловкость, а инвазивные BCI оставались экзотикой — вроде ранних демо BrainGate.
Уилл Роселлини
Сегодня рынок нейроинтерфейсов, основанных на поверхностной неинвазивной энцефалографии, довольно велик. ЭЭГ уверенно позволяет считывать глобальные паттерны, такие как
основной ритм мозга, связанный с состоянием расслабления
или
аналог альфа-ритма из сенсомоторной коры
, что можно использоваться для
Технология, суть которой заключается в показе испытуемому параметров его альфа-ритма в реальном времени и обучении контроля над ними, чтобы быстро входить в определенные состояния — расслабление, концентрацию и так далее.
или в демонстрациях моторного нейроинтерфейса с воображением движения.
Никита Федосов
Управление протезами
Углубляясь в мир игры, можно узнать, что BCI-чипы нужны людям мира Deus Ex не только для того, чтобы лучше видеть или слышать, но и чтобы управлять протезами рук или ног. В реальности все устроено иначе.
При установке протезов обычно используют нейроинтерфейсы, которые работают не с мозгом, а с периферийной нервной системой — как, например, кохлеарные имплантаты. Но в случае с бионическими протезами чаще всего применяют миоэлектрический канал связи — то есть считывают электрические импульсы с мышц, а не с нервов. Данные снимаются с сокращений мышц или их остатков и передаются на протез — иногда для этого «оборванный» нерв хирургически подключают к мышце. Это безопаснее и практичнее, но пропускная способность такого канала сильно ограничена по сравнению с живой конечностью.
Это напрямую влияет на то, как двигается протез. Реалистичные движения требуют много моторов в суставах, а каждый мотор — это отдельная команда. При низкой пропускной способности канала передать их все не получится.
Нейропластичность
Подключение миоэлектрического протеза подразумевает принципиально новый способ управления конечностью. Это означает, что пациент должен обучаться манипуляциям с протезами, и такое обучение порой оказывается слишком трудным. Как показывает практика, лишь 10-20 процентов способны довести реабилитацию до конца — остальным проще адаптироваться к жизни без конечности. Человек с традиционным миоэлектрическим протезом способен научится выполнять базовые действия за несколько месяцев, но его действия не будут настолько же ловкими, как до травмы.
Примечательно, что про подобные сроки можно услышать в играх. Например, Ариа Ардженто из Deus Ex: Mankind Divided — персонаж с протезом руки — признается, что у нее ушло полгода, чтобы заново научиться завязывать шнурки и метко стрелять. Примерно столько же понадобилось и Адаму Дженсену, прежде чем его отправили на первое после установки аугментаций задание. Правда, у всех этих персонажей протезы, управляемые с помощью чипов Дэрроу.
Роселлини держал в голове проблему обучения, когда работал над Human Revolution. По его мнению, ключом к полной и быстрой реабилитации может стать комбинация интенсивной терапии с методами стимулирования
свойства мозга изменяться и адаптироваться в течение всей жизни
— при условии, что протез будет управляться нейрокомпьютерным интерфейсом.
В одном из старых интервью он рассказывает, что стимуляция блуждающего нерва может ускорять обучение, и приводит в качестве примера программу DARPA по ускоренному освоению американскими солдатами новых языков. Роли нейропластичности в работе с аугментациями также посвящены две внутриигровые заметки и важный квестовый предмет.
Стимуляция блуждающего нерва способна улучшить нейропластичность. Компания Microtransponder, которую я основал, коммерциализирует эту терапию. Парные импульсы нерва вызывают выбросы норадреналина и во время реабилитации ускоряют перестройку синапсов. Пациенты после инсульта восстанавливают силу хвата в два-три раза быстрее: уже через несколько месяцев они могут завязать шнурки или налить воду.
Уилл Роселлини
Применение BCI для ускорения обучения также имеет научную основу. Например, американские исследователи смогли вдвое сократить время на выполнение пациентом операций с помощью роботизированной руки, добавив сенсорную обратную связь с помощью BCI. Таким образом, по словам Роселлини, шесть месяцев — это вполне реалистичный срок для того, чтобы пациент начал обращаться с протезом с прежней ловкостью.
В переписке со мной ученый был крайне оптимистичен относительно будущего технологии инвазивных BCI. Он привел множество примеров того, какого прогресса добились ключевые игроки в этой сфере: Neuralink, Blackrock Neurotech, BrainGate, Synchron и многие другие. Роселлини уверен, что по прошествии 19 лет с момента начала работы над Human Revolution принцип управления протезами с помощью чипов в мозге выглядит как никогда реалистично.
В каких случаях есть смысл подключать протез к нейроинтерфейсу? ↓
Риски оправданы, если человеку требуется протез всей руки или сигналы от конечности не поступают в мозг (такое бывает при травмах или болезнях). Но подключаться нужно будет к нескольким отделам мозга одновременно — за планирование и формирование движений отвечает несколько структур: сенсомоторная кора, мозжечок, базальные ганглии, таламус.
«Если подключиться ко всем этим частям нервной системы большим числом каналов и иметь очень мощный процессор для обработки всей информации, то теоретически мы могли бы достичь крайне реалистичного и точного уровня управления протезом с очувствлением — совершать мелкомоторные движения, регулировать силу нажатия, чувствовать обратную связь, и, может, даже текстуры поверхности. Но для последней задачи на протезе должны быть соответствующие сенсоры, а также каналы стимуляции сенсорных зон мозга — это не менее трудная задача, чем считывание моторных команд», — объясняет Никита Федосов.
Вопросы безопасности
Еще одна проблема нейроинтерфейса «мозг — компьютер» — передача сигналов от биочипа к процессору, установленному на протезе. Сейчас подобные решения в основном экспериментальные и используют внешний декодировщик — так, например, Neuralink применяет беспроводное соединение с процессором. Вне лаборатории эта схема уязвима к кибератакам.
Именно это и происходит в Deus Ex: Human Revolution. Сначала радиочастотная атака нарушает работу устройств на физическом уровне. Затем через бэкдор — скрытую лазейку в системе защиты — злоумышленники получают доступ к устройствам. И, наконец, вредоносная функция активируется одновременно у миллионов людей. В реальном мире службы безопасности очень серьезно относятся к проблеме хакерских атак на медицинские имплантаты, например, кардиостимуляторы.
ПЭДОТ
В материалах игры также упоминается, что раньше в инвазивных нейроимплантатах применяли металлические контакты. С этим были связаны проблемы: будучи тверже мозговой ткани, такие контакты повреждали ее, и со временем качество сигнала из-за этого становилось хуже. Дэрроу предложил использовать электроды из поли(3,4-этилендиокситиофена), или ПЭДОТ. Такой материал лучше совместим с тканями и обеспечивает более стабильную передачу сигнала.
В реальном мире ПЭДОТ действительно используют в нейроинтерфейсах. Полимер обладает подходящими электрохимическими свойствами и биосовместимостью, хотя на практике его чаще применяют в качестве покрытия для металлического электрода. Он мягче, и это снижает микротравмы нервов при установке и эксплуатации.
Идею использовать ПЭДОТ в биосенсорах и нейроинтерфейсах начали обсуждать в конце 1990-х и начале 2000-х годов — это согласуется с хронологией Deus Ex.
Нанесение специальный покрытий — лишь один из путей к биосовместимости. Другой путь — выращивать нейронные популяции прямо на электродных матрицах с последующей установкой в мозг, чтобы осуществить переход «неживое — живое» в более контролируемых лабораторных условиях.
Никита Федосов
Нейропозин и синдром отмены
В мире Deus Ex ПЭДОТ-электроды не смогли окончательно решить главную проблему — реакцию мозга на имплантат. Вокруг биочипа образуется глиальный рубец, который мешает передаче сигнала между имплантатом и нервными клетками. Из-за этого чип со временем работает хуже. В играх для борьбы с этим используют препараты нейропозин и ризин, которые уменьшают отторжение и снимают боль.
Реакция на инородное тело — проблема и в реальном мире инвазивных нейроинтерфейсов. Слабая био- и механическая совместимость электрода и нервной ткани приводят к иммунному ответу, воспалению и образованию рубцов — этот процесс ограничивает долговременную стабильность нейроинтерфейсов.
Если бы можно было просто вшить в мозг устройство и оставить его там надолго без последствий, то мы сейчас были бы гораздо дальше в развитии нейроинтерфейсов. Причина, почему это пока невозможно, — в иммунной реакции организма и обрастании электродов, вживленных в мозг, соединительной тканью. Даже если операция по имплантации проведена правильно и заражения не произошло, иммунная реакция на чужеродное тело может приводить к воспалению и отмиранию окружающий тканей. Обрастание же плохо проводящей соединительной тканью приводит к значительному ухудшению контакта «электрод — ткань» и ослаблению сигнала, улавливаемого нейроинтерфейсом, до такой степени, что часть каналов просто начинает писать шум спустя короткое время.
Никита Федосов
Я не нашел в официальных источниках или интервью разработчиков Deus Ex упоминание каких-либо реальных лекарственных соединений, которые послужили прототипами для нейропозина и ризина, но в научной литературе описывается применение противовоспалительных препаратов, например, дексаметазона, или инфламмасомы NLRP3 для схожих целей. В беседе со мной Уилл Роселлини признал, что авторы игры специально не уточняли, какое конкретное соединение лежит в основе нейропозина, чтобы иметь немного творческой свободы. Вместе с тем он признал, что в годы разработки указанные выше соединения активно исследовали в контексте борьбы с реакцией на инородное тело.
В игровом мире противовоспалительный препарат может себе позволить не каждый, и это становится важным элементом конфликта: необходимость постоянно принимать дорогое лекарство создает социальное напряжение между богатыми и бедными людьми с аугментациями, а также остальным обществом — и служит одним из двигателей истории.
Трансгуманизм и оптимизм
Самое главное несоответствие между приквелами Deus Ex и реальным миром в том, что для нас протезы и нейроимплантаты — это способ вернуть пациенту утраченные возможности, а не путь к приобретению сверхчеловеческих способностей. Вопрос об усилении здоровых людей не стоит на повестке дня по этическим, юридическим и финансовым причинам, а установка имплантатов сегодня несет больше рисков, чем пользы. Существующие технологии оптимизированы именно под реабилитацию и восстановление функциональности организма, но не под превосходство усиленного органа над здоровым.
Создатели игр используют трансгуманизм, чтобы поговорить о природе человека, хотя их собственные предпочтения в этом вопросе видны довольно четко. Так, сам Уилл Роселлини убежден, что пластическая хирургия и прием допинга — это аугментация в том же смысле, что и кибернетические имплантаты, показанные в игре. Беседа с ним и чтение игровых материалов оставили у меня ощущение осторожного оптимизма. По мнению Роселлини, большинство из показанных улучшений тела вполне реальны в обозримом будущем.
Сейчас консультант Deus Ex куда скептичнее смотрит на некоторые технологии из игры. Например, он сомневается в реалистичности черепных имплантатов вроде
выдуманная система, которая позволяет человеку улавливать реакцию собеседника и влиять на нее с помощью набора феромонов
, умного зрения и радара. По его словам, даже у крупных компаний — Neuralink и Blackrock Neurotech — пропускная способность интерфейсов слишком мала для такого сложного зрения. Не верит Роселлини и в систему «Тайфун» — военную технологию, которая позволяет носителю запускать снаряды со своего тела во все стороны одновременно.
Хотя многие технологии из игры пока остаются далекими от практической реализации, авторы серии действительно старались опираться на реальные научные идеи. По их словам, это не столько научная фантастика, сколько попытка заглянуть в возможное будущее.