«Кот Шрёдингера»

Отличит ли томограф фантазию от реальности?

Воображение может быть вполне материальным. И оно не так уж сильно отличается от реальности. Корреспондентки «КШ» убедились в этом лично, заглянув в мозг десятков людей с помощью установки функциональной МРТ.


«Вы что, можете увидеть, как я мечтаю о гавайской пицце?»


— Закройте глаза. Представьте, как вы пьёте шоколадный молочный коктейль. Густой и холодный, в меру сладкий, он проходит через трубочку и попадает в рот. Главное — постараться всё время держать образ в голове, пока мы не скажем «стоп». Вам всё понятно?

 — Вроде бы да. А у меня тут молния на джинсах — ничего страшного?

 — Да нет, главное, чтобы не кардиостимулятор. Ну или какие-нибудь металлы в теле или в карманах — с ними тоже в МРТ не стоит. Будут артефакты на изображениях, да и вообще — неприятно это. Монетки, например, будут нагреваться и летать в томографе. Могут в глаз залететь. Это не шутка, там сильные магниты!

Инструкции получены, пора лезть в огромную чавкающую машину — аппарат фМРТ. С его помощью мы видим, что происходит в мозге человека, когда он фантазирует или думает, решает какую-то задачу.

Эксперименты проходят в лаборатории при факультете фундаментальной медицины МГУ, мы работаем здесь стажёрами. Через лабораторию проходят десятки добровольцев-испытуемых. Мы решили обобщить опыт работы с ними, создав этакий коллективный образ. Представьте себе двадцатилетнюю девушку по имени Алиса. А что? Красивое имя, тёзка героини фантастических романов и системы искусственного интеллекта.

 — Можно узнать, для чего вы это всё затеяли? — осторожно спрашивает воображаемая Алиса, разглядывая анкеты с вопросами о пирсинге и хирургических операциях.

 — Нам интересно, в чём разница между фантазией и реальностью для мозга. Сначала мы попросим вас представить, как вы пьёте молочный коктейль, а после действительно дадим вам его выпить. Мы исследуем, как реальное и воображаемое отражается в активации различных зон мозга, в чём сходство и различие.

— А есть сходство? У меня вроде всё хорошо, голосов в голове не слышу. И вы вполне реальные, если только у меня не галлюцинации.
Алиса моргает и внимательно оглядывает комнату.

— Мы реальные, всё в порядке. А сходство и правда есть. Например, если вы будете представлять, как сжимаете и разжимаете руку в кулак, у вас активируется моторная кора — область, ответственная за движения. Она активируется и когда вы на самом деле сжимаете кулак.

— Подождите, если мозг не видит разницы между реальным и воображаемым молочным коктейлем, то как мы их вообще различаем? Что тогда мы называем воображением?

Пока мы сидим в операторской, а Алиса подписывает согласия, у нас как раз есть немного времени рассказать об исследовании. Научное определение воображения звучит примерно так: это наша способность создавать мысленное изображение без опоры на ощущения и реальность. И речь не обязательно про фантастические миры и креативные идеи — воображать можно бутерброд с колбасой.

«Если человек не может представить галопирующую лошадь на помидоре, он идиот!»

Сальвадор Дали, художник

Иногда людям действительно тяжело отличить воображаемое от реального. Как, например, больным шизофренией, которые слышат голоса в голове. Поэтому когда мы набираем испытуемых, мы специально спрашиваем, нет ли у них психиатрических или неврологических диагнозов. Алиса внимательно слушает.

 — А вы что, можете увидеть, как я мечтаю о гавайской пицце на ужин? —улыбается она.

— Не совсем. Читать мысли мы не умеем — до такого техника ещё не дошла. Но мы можем посмотреть, какая зона мозга активируется, когда вы что-то воображаете. Мозгу для работы нужно много энергии. Чтобы её выработать, необходим кислород, который приносят молекулы гемоглобина. Гемоглобин обладает магнитными свойствами — в нём ведь железо, — поэтому томограф может его зафиксировать. Именно такой приток «энергии» к определённым участкам мозга мы и видим в итоге на приборе.

«Логика приведёт вас из пункта, А в пункт Б.

Воображение приведёт вас куда угодно».

Альберт Эйнштейн, физик

Воображение — очень сложный процесс, у него нет какого-то отдельного центра. Например, в одном эксперименте греческие учёные просили испытуемых представить, как они едят шоколад. Так вот, фантазии о сладком активировали разные области мозга.

Когда мы представляем само действие — поедание шоколада, — активируется моторная кора. Ощущение сладости обрабатывается в таламусе. А ещё мы всё-таки стараемся контролировать себя и не объедаться — это непростая когнитивная задача, которая может быть связана с активацией в дорсолатеральной префронтальной коре. Но если воображать что-нибудь другое — например, как жевали вчера булочку, — возможно, и результат будет совсем иным.

«Теперь точно не сбежите»


Мы провожаем окончательно запутавшуюся Алису в комнату с томографом и укладываем на специальный стол. Комната отделена от операторской тяжёлыми дверями — за такими ничего не услышишь. Томограф очень шумный, испытуемым полагаются наушники или беруши. Самое главное в исследовании — голова! Её нужно прочно зафиксировать, иначе сканы получатся смазанными.

 — Теперь точно не сбежите, — шутим мы, чтобы снизить нервозность Алисы. Обкладываем её голову маленькими подушечками.

Но это ещё не всё: над головой мы устанавливаем катушку, которая будет создавать в теле специальное возбуждение. При сканировании его будут «ловить» другие катушки.

Почти готово. Осталось подложить подушку под ноги, чтобы кровь активнее приливала к голове, и укрыть Алису одеялом: в томографе обычно прохладно, потому что магнит постоянно нужно охлаждать.

Ах да, ещё одна важная деталь! Мы протягиваем испытуемой округлую «грушу», похожую на нагнетатель от тонометра:

 — Попробуйте-ка сжать!

В операторской раздаётся звук, напоминающий жуткий визг. Это нужно, чтобы точно не пропустить сигнал SOS.

 — Если что-то пойдёт не так, жмите на грушу. Мы тут же всё остановим и придём вас спасать.

 — Звучит вдохновляюще… — обречённо бормочет жертва эксперимента и прижимает руки к телу.

Можно начинать. С помощью хитрых кнопок ассистентка загружает испытуемую в трубу. Осталось захлопнуть тяжеленную дверь и начать исследование. Алиса может наблюдать мир вокруг через окошко с сеточкой, похожее на прозрачную дверцу микроволновки. Мутновато, но можно видеть, как учёные в операторской собрались вокруг компьютера. Сейчас они настраивают программу томографа.

«Мы можем жить в этом воображаемом мире, мире наших намерений, благодаря способности мозга предсказывать последствия наших действий».

Крис Фит, нейропсихолог

«Анатомия пришла. Отличные мозги!»


Сначала мы всегда проводим анатомическое сканирование, то есть делаем статичный снимок мозга с высоким разрешением, — он послужит ориентиром для съёмки в динамике. Ну и проверяем, нет ли патологий.

 — Анатомия пришла. Есть небольшое расширение сосудов, а так ничего подозрительного. Отличные мозги! — комментирует полученные сканы научный руководитель.

Приступаем к самому интересному: функциональному сканированию.

 — Алиса, как ваши дела? Если всё хорошо, нажмите на грушу.

В операторской раздаётся мерзкий звук — всё в порядке.

 — Отлично. Теперь ваша задача — представить молочный коктейль, да поярче!

Постарайтесь сосредоточиться на мысленных образах и ощущениях. Чем подробнее вы представите, тем лучше.

Гул томографа заполняет комнату. Алиса лежит, практически не двигаясь. Мы смотрим на экран… Стоп. Теперь нужно сделать то же самое, только с реальным коктейлем. Пить лёжа не очень удобно — нужно следить, чтобы Алиса не подавилась.

На наше счастье, всё проходит хорошо: коктейль выпит, данные записаны, с испытуемой ничего не случилось.

 — Алиса, мы закончили! Сейчас выпустим вас.

С усилием открываем тяжёлую металлическую дверь в комнату. Перед этим важно не забыть проверить карманы: ключи, мобильный — всё это может полететь в испытуемого, если лаборант недостаточно бдителен. Магниты ещё какое-то время будут притягивать металл.

Комбинация кнопок выгружает Алису из трубы.

 — Голова не кружится? — уточняет ассистентка, снимая катушку и наушники.


— Ой, кажется, чуть-чуть кружится. А вы точно ничего лишнего не увидели? — осторожно интересуется испытуемая.

 — Не беспокойтесь. Мысли мы точно не читаем. Был, правда, эксперимент, где девушек просили представить, как они стимулируют свои интимные зоны, а потом сравнивали с реакцией на реальную стимуляцию. Оказалось очень похоже, разница заключалась в активации зон движения. Но у нас же ничего такого не было, верно?

 — Вроде бы нет, — хихикает Алиса, слегка покраснев.

 — Но если хотите, можем немного вас напугать, — продолжает ассистентка. — Недавно учёные разработали нейросеть, которая пытается восстановить то, что воображал человек в томографе. Эта нейросеть классифицирует МРТ-снимки и генерирует новое изображение на их основе. Пока что получается так себе — картинки больше похожи на пятна краски. Возможно, мы действительно научимся расшифровывать мысли, но пока можете быть спокойны: ваши фантазии останутся при вас.

«Всё, что ты можешь вообразить, реально».

Пабло Пикассо, художник

«Воображение помогает бороться со страхом»


— А можно ли эти исследования как-то применить в жизни? — смущённо улыбается Алиса.

Вопрос как будто прилетел прямиком из заявки на грант.

 — Исследования воображения, например, помогают бороться с фобиями. Пойдёмте в операторскую, там поговорим.

Вместе с Алисой мы покидаем комнату с томографом. Гудеть, грохотать и напрягать свои магниты ему в ближайшее время не придётся.

 — Есть такой метод: терапевт намеренно сталкивает пациента со своим страхом в безопасных условиях. Это называется экспозиционная терапия. Не так давно учёные из Университета Колорадо и Медицинской школы Икана провели вдохновляющий эксперимент: его участников научили связывать определённый звук с небольшим разрядом тока…

 — А зачем? — хмурится Алиса.

 — Так испытуемых научили бояться определённого звука. Каждый раз, когда подопытные слышали его, их ударяли небольшим разрядом тока — так, чтобы им было не больно, но неприятно. На этом изверги-учёные не остановились. Они разделили испытуемых на три группы. Всех запихали в томограф, навешали датчиков и раздали задачи: люди в первой группе продолжали слушать звук, связанный с электрошоком, во второй группе — представляли этот звук, а в третьей — представляли пение птиц или шум дождя. Током больше никого не били, но звук продолжал оставаться для испытуемых предвестником чего-то неприятного.

 — Звучит жестоко.

Мы непонимающе переглядываемся:
 — Это же ради науки! Да и этическая комиссия всё одобрила. Если бы эксперимент вредил здоровью — физическому или ментальному, — его бы просто запретили проводить.

 — Ладно-ладно, так что там с током?

 — Исследование показало, что реальный и воображаемый звуки вызывают очень похожую активацию. Сперва страшный звук нужно услышать и обработать в слуховой коре. Затем сигнал приходит в прилежащее ядро и опознаётся как выученный ранее. Прилежащее ядро — область мозга, которая отвечает за систему вознаграждения и поступление дофамина: когда мы что-то выучиваем, то получаем от мозга своеобразную награду. Наконец, вентромедиальная префронтальная кора воспринимает сигнал о звуке и взвешивает риски получить удар током.

 — Так и не поняла: чем это может помочь в жизни?

 — Тут как раз и начинается самое интересное: мозг испытуемых, которые продолжали слушать звук без последующего удара током — что в реальности, что в воображении, — со временем переставал его бояться. А вот у тех, кто воображал себе пение птичек и шум грозы, страх остался. Получается, что воображение может помочь бороться со страхами.

Как и других испытуемых, Алису этот пример особенно воодушевляет.

 — Ого! Получается, чтобы избавиться от страха высоты, я могу представлять себя на краю обрыва и со временем перестану бояться? Стоит попробовать!

 — Попробуйте обязательно!

«Мы обязательно получим что-то интересное»


— Алиса, хотите взглянуть на свой мозг?

— А можно?

Алиса подходит к компьютеру и глядит на экран. Оттуда на неё смотрит объёмная голова без волос и мозг в трёх разрезах.

 — Видите эти яркие пятна? Эти участки активировались, когда вы представляли себе молочный коктейль. А эти — когда вы его пили. Очень похоже, правда? Но вряд ли вы хоть на секунду запутались в ощущениях. Пока интерпретировать рано, но мы обязательно получим что-то интересное.

Девушка внимательно рассматривает извилины — не каждый день видишь свой мозг, да ещё светящийся, как новогодняя ёлка.

 — Спасибо вам большое за участие в эксперименте! Не забудьте часы и пояс. Будем рады видеть вас на других наших экспериментах. И друзей зовите — нам испытуемые очень пригодятся.

Алиса коротко прощается и выходит за дверь, отстукивая каблучками по коридору университета. Для неё участие в эксперименте закончилось. А нам ещё предстоит долгая работа: набирать новых участников эксперимента, обрабатывать данные, проводить статистический анализ…

Удивительная всё-таки штука мозг! С одной стороны, позволяет вообразить почти что угодно, а с другой — не даёт до конца поверить в эти фантазии, чтобы мы оставались в реальном мире.

Как заглянуть в мысли



Способ 1

По словам или рисункам
Самый простой и доступный метод, который с конца XIX века используют сотни тысяч психологов по всей планете. Проблема в том, что человек — такое существо, что не всегда может честно и объективно рассказать о своих мыслях. К тому же на пути от нейронов к словам или картинкам теряется много информации.

Способ 2

По выражению лица
Современные системы распознавания образов, используя нейросети, могут определить эмоции человека по мимике. Мы сами проверили это на одной из подобных систем. Она безошибочно угадывала, когда человек думал о шашлыке, а когда о возврате банковского кредита. На более детальное определение мыслей такая штука, разумеется, неспособна. Да и обмануть её несложно.

Способ 3

По коже и сердцу
Технология, на которой основано большинство детекторов лжи. Когда мы думаем о чём-то волнующем, сердцебиение учащается, а кожа слегка потеет и лучше проводит электричество. Если на днях вы ограбили банк, то физиологическая реакция на слова «деньги» и «молочный коктейль» будет разной. Правда, некоторые учёные до сих пор считают детекторы лжи не до конца научным методом.

Способ 4

По электрической активности
Наверное, большинство людей хоть раз в жизни проходили процедуру ЭЭГ — электроэнцефалографию. На голову надевается шлем с электродами, которые измеряют колебания напряжения, образующиеся в результате ионного тока в нейронах головного мозга. Эти аппараты есть и в больницах, и в большинстве нейропсихологических лабораторий. С помощью ЭЭГ удавалось даже набирать текст на компьютере, используя исключительно силу мысли. Но точность таких приборов оставляет желать лучшего.

Способ 5

По притоку крови
Речь идёт о самом популярном сейчас способе нейровизуализации — функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Когда мы активизируем ту или иную область мозга, кровоток там усиливается, и благодаря магнитным свойствам гемоглобина этот процесс можно увидеть на томографе. Актуальные исследования мозга во всём мире чаще всего проводятся именно с помощью фМРТ. В России эти установки используют учёные МГУ имени М. В. Ломоносова, НИУ ВШЭ, НИЦ «Курчатовский институт» и других крупных научных организаций.

Способ 6

По магнитным полям
Ещё одна современная (и, увы, дорогая) технология — магнитоэнцефалография (МЭГ). В основе технологии — сверхчувствительные датчики, способные улавливать сигнал от активности небольших групп нейронов. У нас в стране чуть ли не единственная научная установка МЭГ используется в Московском государственном психолого-педагогическом университете.

Диалог из светлого будущего


— Представляешь, засунула мужа в томограф, чтобы понять, о чём он думает.

— И как?

— Да кошмар! О женщине он думает — кажется, блондинке.

— И что тут такого?

— Ты что, не понимаешь? Я брюнетка!

— Так это, наверное, помехи системы. Знаешь, когда начали использовать томографы, то признаки мышления сумели зафиксировать даже у мёртвого лосося, за это ещё Шнобелевскую премию дали. О тебе он думает, о ком же ещё? Попробуй его в МЭГ затолкать — может, там цвет волос будет лучше видно.

Новости из светлого будущего


В России будет внедряться система сдачи ЕГЭ без использования бланков заданий. Мысленные ответы выпускников будут считываться системой «мозг — компьютер». По мнению разработчиков, это сделает проверку знаний более объективной. Впрочем, часть педагогов не согласна с реформой: «Кругом сплошные нейроинтерфейсы! Школьники уже разучились пользоваться сенсорными экранами, а традиция писать ручкой на бумаге, похоже, утрачена безвозвратно».

Фото:  Triff / Shutterstock

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» № 52 2022 г.
2022-12-31 11:00 / Сумма технологий #репортаж