Киберпанк непременно ассоциируется с разнообразными модификациями человека. В будущем, которое рисуют фантасты, старые органы легко заменяются на новые — или более продвинутые — а все поголовно чипированы и могут управлять электроникой силой мысли. Но пока фантасты фантазируют, ученые пытаются претворить эти фантазии в жизнь — и получается все лучше. Поскольку про протезы конечностей вы наверняка слышали, мы сосредоточились на более важных органах. Например, можно ли напечатать живое сердце? И как скоро получится управлять автомобилем силой мысли? Рассказываем!
Выращивание сердец
Из всех апгрейдов человеческого тела сердце, пожалуй, самое важное. От сердечнососудистых заболеваний умирает больше всего людей в мире. Поэтому обновление сердечной мышцы сильно бы увеличило продолжительность жизни. К этой светлой цели стремятся ученые по всему миру, но разными путями.
Уже сейчас существуют прототипы искусственного сердца, которые в крайних случаях пересаживают тяжелобольным пациентам. Однако мы понимаем: каким бы продвинутым ни был протез, он не может в полной мере заменить естественную мышцу. Поэтому биологи прибегают к различным ухищрениям. Например, ученые из Университета Миннесоты напечатали сердце на 3D-принтере из гидрогеля.
Они воспользовались так называемыми плюрипотентными стволовыми клетками (iPS-клетки). Эти стволовые клетки получают путем эпигенетического перепрограммирования клеток другой ткани. Затем из них, как из пластилина, лепят почти все что угодно. В данном случае их смешали с белками внеклеточного матрикса для получения нужного гидрогеля — своеобразных чернил для печати. На его основе принтер сформировал плотную структуру, которую потом настраивали под заданные условия, то есть превращали стволовые клетки в мышечные клетки сердца. В итоге получился небольшой мешочек, размером примерно 1,5 сантиметра, который бодро перекачивал жидкость. Это еще не полноценное сердце, но очевидно, к какому будущему мы движемся.
Еще более захватывающие результаты получила группа ученых из США. Они при помощи тех же iPS-клеток вырастили полноценное бьющееся мини-сердце. В нем присутствовали все главные типы клеток сердечной мышцы: клетки эпикарда, эндотелия, эндокарда и фибробласты. Также в нем сформировались камеры и сеть сосудов — и все это за две недели.
На шестой день органоид начал сокращаться, а к десятому биение нормализовалось и стало регулярным. То есть, биологи культивировали маленькое бьющееся сердце отдельно от человека. Сами они сравнивают его с сердцем человеческого эмбриона, потому что в диаметре оно не более одного миллиметра. Да, размеры не поражают, но мы знаем, как быстро развиваются технологии. Возможно, лет через двадцать врачи перестанут пересаживать механические аналоги сердец, а пациенты начнут платить за вторые-третьи сердца, выращенные специально под них.
Искусственная кожа
Протезы конечностей совершенствуются с каждым годом. Уже сейчас есть такие, что заменяют ногу или руку без существенного дискомфорта. Однако у них остается одна общая проблема: отсутствие чувствительности. Из-за нее владельцы протезов не могут в полной мере адаптироваться к новым условиям. В этом им помогла бы искусственная кожа. Она бы и роботов сделала более восприимчивыми. Поэтому сегодня существует множество прототипов искусственной кожи с разными функциями.
В первую очередь инженеры стараются воспроизвести базовые биологические рецепторы, в частности, болевые и тактильные. Над этим, например, работают специалисты Университета Джонса Хопкинса. Они имитируют ноцицепторы кожи, реагирующие на разные болевые стимулы. Некоторые из них воспринимают только термальное воздействие, другие — механическое и т.д. Аналоги таких рецепторов в искусственной коже вызывают электростимуляцию в оставшейся части конечности. Оттуда по естественным каналам сигнал передается в мозг, и в итоге человек получает болевые и тактильные ощущения в фантомной руке.
Некоторые ученые не ограничиваются воссозданием природных функций кожи и ищут способы ее улучшить. Так международная команда из США и Канады в 2019-ом представила прототип кожи, способной чувствовать магнитные поля и звуковые волны. В таком случае мир раскрылся бы для нас совсем с другой стороны. Мы подобно голубям имели бы внутренний компас и ориентировались по частям света так, как обычно ходим с работы домой. Не говоря о том, что физически ощущали бы работу бытовых приборов. Конечно, все это фантазии, и такой яркой чувствительностью кожа явно бы не обладала — впрочем, и до первых клинических испытаний ей еще очень далеко.
Пока что этот прототип существует сам по себе. Он использует «мультимодальный трибоэлектрический наногенератор на основе феррофлюида». Проще говоря, это трубка с феррофлюидом — маслоподобной жидкостью, поляризующейся при магнитном поле, которая покрыта силиконом и медной катушкой. Назвать ее кожей можно разве что с большой натяжкой, но это то, к чему стремятся ее изобретатели.
Все эти высокотехнологичные модели — не единственный способ усовершенствовать кожу человека. Второй вариант — генетический. Его уже применяли на человеке. То есть, в какой-то мере киберпанк действительно наступил. Правда, повод для испытаний выдался не самый позитивный. На пересадку генно-модифицированной кожи врачи пошли из-за неизлечимой болезни ребенка. Семилетний мальчик страдал от буллезного эпидермолиза. При пограничном типе этой болезни в базальной пластинке кожи, которая находится между эпителием и дермой, образуются пузыри. Кожа начинает расслаиваться, что вызывает дикие боли и нередко сопровождается инфекционными и онкологическими заболеваниями. Все это из-за нарушения работы одного гена.
Ученые брали примерно четыре квадратных сантиметра кожи пациента и на их основе при помощи ретровирусного вектора выращивали трансгенную кожу с исправленным геном. Полученные пластинки помещали на тело мальчика, предварительно обработав место пересадки антибактериальными средствами. При этом никаких специальных инструментов для сшивания не требовалось: кожа сама приживалась в течение двух недель. Операция прошла успешно. По последним данным, пациент до сих пор не испытывает проблем с новой кожей.
Тут можно возразить: а где киберпанк, если ученые просто воссоздали нормальную кожу? Однако это лишь пример испытания технологии на человеке. Сейчас биологи развивают ее в самых разных направлениях. Например, мышам уже имплантировали кожу, которая расщепляет кокаин. Она не дает ему концентрироваться в крови и влиять на мозг. Другой вариант трансгенной кожи вырабатывал пептид, регулирующий количество глюкозы в крови, тем самым уменьшая риск ожирения и диабета. Только представьте, какие горизонты открывает регулирование метаболизма. Оно позволило бы постоянно оставаться стройным. Звезды будущего явно не отказались бы от такого апгрейда.
Интерфейс мозг-компьютер
Одно из самых лакомых направлений трансгуманизма — сплетение человеческого мозга с компьютером. Представить, что одной операцией можно резко увеличить собственные вычислительные мощности. Тогда можно подчинить огромных роботов силой мысли или научиться кунг-фу за две минуты. На деле же мы только открываем для себя первые неуклюжие попытки подружить нейроны с компьютерами.
В 2020-м лицом такого движения стал Илон Маск с компанией Neuralink. Если вы смотрели его летнюю презентацию, то уже в курсе последних достижений. Он показал небольшой чип, размером 23×8 мм, названный просто Link. По задумке инженеров его подключает прямо к мозгу огромный робот-хирург. Он имплантирует тоненькие нити через отверстие в черепе. Сама операция занимает не больше двух часов, а на восстановление уйдет меньше суток. По словам Маска, к привычной жизни можно будет вернуться в тот же день. При этом устройство не заметно со стороны и легко скрывается волосами.
Что же умеет чип, и ради чего его устанавливать? Пока что он только считывает активность нейронов. Эту функцию продемонстрировали на свинье по имени Гертруда. Чип следил за возбуждением клеток, ответственных за чувствительность пятачка. Поэтому пики сигнала приходили каждый раз, когда свинья находила еду. В будущем на основе этих данных устройство сможет предугадывать действия животного при помощи нейросети.
Маск заверяет, что с развитием технологии чипы смогут не только считывать информацию, но и записывать ее прямиком в мозг. Как они собираются это делать, он не уточнил, поэтому скепсис относительно возможностей Neuralink пока остается. Тем не менее, даже мониторинг активности нейронов — поразительный опыт. Маск считает, что в будущем при помощи чипа люди смогут управлять приложением смартфона или машиной Tesla одной лишь мыслью, что звучит захватывающе.
Нечто подобное уже разрабатывает испанский стартап Bitbrain. На основе технологии сухой ЭЭГ (электроэнцефалограммы) инженеры создают устройство, способное предугадывать действия человека. Они сотрудничают с Nissan для выпуска готового продукта. Их общее решение позволит определять намерения водителя за 0.4-1 секунду до того, как он совершит действие — например, затормозит. Кажется, что Маловато, но согласно расчетам Bitbrain, это время сохраняет 27 метров тормозного пути при скорости 100 километров в час. Расстояние, от которого зависит жизнь человека на дороге.
Похожий стартап запустила французская компания NextMind. Она так же при помощи ЭЭГ старается дать человеку контроль над сторонними устройствами. Ее основатели начали с малого — управления телевизором. В их демоверсии испытуемый может ставить ролик на паузу, регулировать громкость и переключать каналы одним лишь взглядом в нужную сторону экрана. Однако авторы настаивают, чтобы их технологию не называли айтрекингом, так как она работает по совершенно иному принципу. Их прибор при помощи машинного обучения запоминает паттерны активности зрительной коры мозга человека, а затем согласно заданным условиям воспринимает их как команду, и тут уже только от разработчиков зависит, какой будет эта команда. Так они могут задавать переключение каналов или стрельбу в VR-игре. Естественно, на будущее у них большие планы — речь хотя бы о возможности управлять автомобилем без рук или включать бытовые приборы, лишь взглянув на них.
Наиболее продвинутыми в сфере нейроинтерфейсов себя считают основатели британской компании BIOS. Они вскользь рассказали о своих наработках уже после презентации Neuralink. О себе они говорят скромно: “Мы что-то вроде Линукса, если считать Илона Маска Microsoft”. Их слова мягко намекают на то, что демонстрация американцев их не впечатлила. Подобные эксперименты на свиньях они проводили еще в 2017-ом. Сейчас их планы идут намного дальше: первые клинические испытания с участием людей назначены на 2021 год, в то время как у Маска эта дата все еще остается неизвестной. Поэтому BIOS надеются обогнать Neuralink в начавшейся гонке нейрочипов.
Единственная проблема: пока они не показали ровным счетом ничего.
Обратная сторона трансгуманизма
Пока все прогнозы выглядят красиво. Мы сможем то, приобретем это, но киберпанк всегда был про то, как корпорации используют новые технологии себе в угоду. Сейчас гигантов вроде Apple и Google часто обвиняют в халатном обращении с личными данными юзеров, подозревают в подслушивании и подсматривании за ними — а ведь пока этим юзерам даже ничего не вживляли.
Сегодня сложно сказать, какие угрозы нас ждут, но в качестве примера подходит одно любопытное, хоть и крайне далекое, на первый взгляд, исследование с птицами. Летом этого года вышла статья в журнале Nature: там представили крохотное изобретение под названием наноклип. Это миниатюрный электрод с защелкой, который одевается на нерв периферической нервной системы. Он может как считывать, так и модулировать электрические сигналы. В будущем авторы планируют с его помощью лечить такие заболевания, как астма, гипертония и многие другие, связанные с контролем внутренних органов. Сейчас же они проводят эксперименты на зябликах.
Опыт заключался в том, что серым птичкам поставили наноклип на трахеосиприцевый нерв, через который контролируются голосовые органы певчих. С его помощью ученые смогли инициировать пение даже у птиц под анестезией. Они получили хоть и малый, но контроль над голосовым аппаратом. Конечно, им пришлось пойти на ухищрения, чтобы одновременно стимулировать давление легких, но вывод отсюда вполне понятен. Развитие чипов и технологий трансгуманизма способно не только дать нам контроль над окружением, но и кому-то дать контроль над нами. Впрочем, об этой стороне прогресса уже не раз говорилось в том же Deus Ex. И наверняка услышим что-то такое в Cyberpunk 2077.
