Prasidėjo kaip pokštas, o gali virsti revoliucija: kaip vibruojantys sliekai padeda saugiai sujungti žmonių smegenis su kompiuteriais

Šiemet su kolega Andrey Pototsky buvome apdovanoti Ig Nobel fizikos premija už eksperimentus su vibruojančiais gyvais sliekais.

Ig Nobel premijomis kasmet apdovanojami mokslo pasiekimai, kuri ne tik priverčia susimąstyti, bet ir yra komiški ar neįprasti.

Mūsų darbas prajuokino, ir paskui privertė susimąstyti. Iš pirmo žvilgsnio, du tyrėjai tiesiog stebi krūvą ant garsiakalbio virpančių kirminų.

Tačiau šie stebėjimai padėjo mums atrasti naują, saugesnį žmogaus smegenų sujungimo su kompiuteriu potencialą.

Ką darėme?

Iš pradžių apsvaiginome sliekus alkoholiu, kad jų raumenys atsipalaiduotų. Tada vibravome juos ant garsiakalbio ir lazerio šviesoje stebėjome kiekvieno kirmino paviršiaus raibulius.

Tokie raibuliai vadinami Faradėjaus bangomis. Gamtoje varlės kuria šias bangas vandens paviršiuje, taip viliodamos pateles. Faradėjaus bangos taip pat stebėtos vibruojančiuose skysčio lašeliuose, kai vibracijos sustiprėja pakankamai, kad skysčio paviršius taptų nestabilus.

Didžiąją sliekų kūno dalį sudaro vanduo. Tad, tikėjomės, kad prislopintas kirminas vibruos panašiai, kaip vandens lašas.

Įjungus garsiakalbį, visas kirminas kilojosi aukštyn ir žemyn. Bet padidinus garsą virš „Faradėjaus nestabilumo” lygio, ant kirminų paviršiaus, kaip ir tikėjomės, pasirodė Faradėjaus bangos.

Svarbu pažymėti, kad šie nelinijiniai raibuliai „nestabilūs“, jie nėra chaotiški. Tiesą sakant, Faradėjaus bangos gali (po daugybės bandymų ir klaidų) būti „užprogramuotos” elgtis tam tikru būdu.

Bet kam to reikia?

Nervų ląstelės bendrauja tarpusavyje, nervų gijomis (aksonais) siųsdamos nervų impulsus. Ankstesniu tyrimu iškelta hipotezė, kad nervų impulsai juda ne tik kaip elektros signalai, bet ir kaip žmogui negirdimos garso bangos. Mes irgi manome, kad taip yra.

Garsas ir vibracijos be jokios žalos gali sklisti per žmogaus odą, kaulus ir audinius. Taip atliekami medicininiais tyrimai ultragarsu. „Ultragarsas” yra tiesiog garsas, kurio dažnis didesnis, nei gali girdėti žmonės.

Garso bangos gali formuoti „solitonus”. Tai bangos, kurios sklinda toli ir ir pereina viena kitą be jokios deformacijos, išlaikydamos savo formą. Kaip solitonai gali judėti vandens bangos kanale:

Tačiau solitonus žmonių nervuose aptikti sunku. Būtent todėl tyrėjai studijuoja juos sliekų nervuose, kurie yra tinkamas modelis.

Ar gali ultragarsas perduoti mintis?

Jei tyrėjams pavyks patvirtinti, kad nervų impulsai nervų gijomis iš tiesų juda kaip solitonai, mūsų atliekami Faradėjaus bangų vibruojančiuose kirminuose tyrimai taps gerokai svarbesni.

Tai gali rodyti nervų impulsų kūrimo ir modifikavimo smegenyse potencialą. Išorėje generuojant skirtingo dažnio ultragarsą, kaip, tarkime, mobiliame įrenginyje, smegenų audiniuose gali pavykti sukelti Faradėjaus bangas.

Manome, kad jos turėtų sąveikauti su impulsais smegenų nervuose ir aktyvuoti tam tikrus signalus, kurie atitiktų „mintis“.

Jei nervų impulsai per smegenis sklinda kaip solitonai, jie išlaiko savo formą. O tai užtikrintų, kad perduodama „mintis“ išliks, kol smegenys ją.

Toks procesas prilygtų žmogaus minčių „programavimui“.

Smegenų ir kompiuterio sąsajos potencialas

Žmogaus smegenis su kompiuteriu sujungti bandyta ne kartą. Vis daugiau aukštųjų technologijų kompanijų, tarp kurių ir Elono Musko Neuralink, planuoja tai įgyvendinti, implantuodamos į smegenis adatinius elektrodus.

Taip būtų galima vos per kelias minutes iš kompiuterio į žmogaus smegenis persiųsti žinias — pavyzdžiui, kaip valdyti sraigtasaparnį ar kalbėti užsienio kalba. Žinoma, iki supratimo, kaip būtų galima atlikti kažką tokio sudėtingo, dar toli gražu.

Kone akimirksniu atliekamas programuotų žinių perkėlimas į žmogaus smegenis buvo viena iš 1999 metų mokslinės fantastikos filmo The Matrix temų.

Tačiau toks būdas yra labai invaziškas ir pavojingas sveikatai, nes gali sukelti smegenų audinio uždegimą ar pažeisti smegenis.

Tikime, kad mūsų rezultatai ir tolesni tyrimai gali padėti sukurti saugesnį, garsu pagrįstą žmogaus smegenų ir kompiuterio sąryšį — kuris veiktų be nesaugių adatinių elektrodų.

Neseniai solitonais šviesolaidyje pasiektas rekordiškai spartus duomenų perdavimas. Taigi, kaip solitonai judantys nerviniai signalai turėtų galėti sparčiai perduoti duomenis į smegenis.

Kas vyksta dabar?

Dar neturime tvirtai moksliškų įrodymų, kad Faradėjaus bangos gali sąveikauti su natūraliais sliekų nerviniais impulsais.

Tačiau mūsų modeliai rodo, kad dvi bangos, kai Faradėjaus bangos osciliacijos dažnis sutampa su nervų impulsų dažniu, turėtų stipriai sąveikauti.

Dabartiniai modeliai negali numatyti, kokio dažnio tokiai sąveikai reikia. Norint tai išsiaiškinti, teks atlikti daugybę bandymų.

Kol kas pasidalinome savo idėjomis su keliomis neurobiologijos tyrimų bendruomenėmis ir susilaukėme teigiamo atsako. Galiausiai, tikimės, kad mūsų darbas pravers aukštųjų technologijų kompanijos, o taip pat panašius klausimus nagrinėjantiems mūsų kolegoms.

Bet kol kas tęsiasi tyrimai.

Ivan Maksymov, Swinburne University of Technology
theconversation.com