Чтение мыслей стало реальностью: как ученые расшифровали мозг

Если закрыть глаза и вспомнить лицо друга, в голове мелькнет что-то вроде размытой фотографии. А теперь представьте, что кто-то сторонний может эту «фотографию» увидеть. Звучит как научная фантастика, но британские ученые именно это и сделали — правда, пока с мышами. Они восстановили 10-секундные видеоклипы, опираясь исключительно на активность нейронов в мозге грызунов. Раньше читать мысли умел только искусственный интеллект, а теперь этому научились люди?

Около 8 000 нейронов одновременно записывались у каждой мыши. Когда говорят «вижу тебя насквозь» — ученые имеют в виду именно это.

Новый способ читать мысли

В последние годы исследователи по всему миру пытаются «обратить» работу мозга: взять нейронные сигналы и превратить их обратно в цифровые пиксели. Раньше для этого использовали фМРТ — метод, который отслеживает приток крови к разным участкам мозга. Проблема в том, что фМРТ видит мозг «крупными мазками»: он фиксирует активность сразу больших групп нейронов, теряя при этом массу деталей.

Команда британских ученых пошла другим путем. Вместо фМРТ они использовали записи одиночных клеток в зрительной коре мыши. Это принципиально иной уровень точности, позволяющий наблюдать за каждым нейроном по отдельности. Как пояснил ведущий автор исследования доктор Джоэл Бауэр, существующие методы плохо обобщаются на новые ситуации, которые не были специально протестированы. Поэтому команда хотела разработать подход, который позволит фиксировать то, что действительно представлено в мозге, и сравнивать это с реальностью.

Как ученые прочитали мысли мыши

В основе метода лежит так называемая динамическая модель нейронного кодирования (DNEM). Проще говоря, это предсказательная модель, которая учится предугадывать, как каждый отдельный нейрон отреагирует на конкретный кадр видео.

Но есть нюанс: модель учитывает не только сам видеоряд, но и физическое поведение мыши — движения тела и расширение зрачков. Дело в том, что внутреннее состояние животного напрямую влияет на то, как оно воспринимает изображение. Если мышь активно двигается или ее зрачки расширены, нейроны реагируют иначе, чем когда она спокойна.

Чтобы отследить, какие именно клетки «включены», исследователи фиксировали локальные всплески уровня кальция — это надежный маркер нейронной активности. Затем реальную активность мозга сравнивали с тем, что модель предсказала бы для мыши, смотрящей на пустой экран. Начав с «чистого холста», алгоритм постепенно обновлял пиксели, опираясь на отклонения от предсказанной активности, пока результат не начинал совпадать с тем, что мышь действительно видела.

Какие мысли прочитали ученые

После обучения модели наступил самый захватывающий этап. Ученые показали мышам совершенно новое видео, которое не использовалось при тренировке, и попытались его воссоздать, опираясь исключительно на нейронные сигналы. И у них получилось.

Доктор Бауэр отметил, что качество реконструкции напрямую зависит от объема данных. Чем больше отдельных нейронов удавалось отследить, тем точнее получалось итоговое видео. В эксперименте активность записывалась примерно с 8 000 нейронов зрительной коры каждой мыши.

Точность проверяли методом пиксельной корреляции — это статистический метод, который сравнивает оригинальное видео и сгенерированную ИИ версию покадрово. Для сравнения, предыдущие попытки реконструкции статичных изображений из зрительной коры мыши показывали корреляцию на уровне 0,24. Новый метод дал корреляцию 0,57 — то есть примерно вдвое лучше, причем речь уже идет не о неподвижных картинках, а о полноценном видео.

Мысли мышей, которые ученым удалось расшифровать. Источник изображения: YouTube-канал
Mouse EyeSpy

Как мозг запоминает окружающий мир

Пожалуй, самое удивительное открытие скрывается не в четкости видео, а в его ошибках. Оказывается, мозг мыши (как и наш с вами) вовсе не работает как идеальная камера. Он не записывает реальность «как есть», а активно ее интерпретирует.

Как объяснил доктор Бауэр, у нас нет идеального представления мира в голове. Зрительный конвейер искажает и деформирует наше восприятие, модифицируя информацию. Но это отклонение между реальностью и мозговыми представлениями — не ошибка, а полезная функция. Мозг усиливает одни сигналы и игнорирует другие, чтобы помочь животному выжить.

Другими словами, мозг — не пассивный регистратор. Он скорее редактор, который решает, что важно, а что можно отбросить. И этот «монтаж» реальности, вероятно, появился в ходе эволюции не просто так.

Читайте также: Ученые изобрели способ читать чужие мысли с точностью 74%

Зачем нужно читать мысли

Сейчас команда сосредоточена на повышении разрешения реконструкций. Ученые хотят получить более широкий обзор и более чкткую картинку — буквально увидеть мир так, как его «задумывает» мозг, со всеми искажениями и колебаниями.

Но практические перспективы выходят далеко за пределы лаборатории. Эта технология может помочь понять, как разные виды животных воспринимают окружающий мир по-своему. А еще она способна пролить свет на зрительные нарушения и неврологические заболевания, при которых мозговой «монтаж» дает сбой.

Присоединяйтесь к нам в Telegram!

Возможность буквально «подсмотреть» чужими глазами звучит завораживающе, но важнее другое: впервые ученые получили инструмент, позволяющий понять не просто что видит мозг, а как именно он искажает реальность. И это, пожалуй, куда интереснее любой идеальной копии.