SQUID и распределяющая шляпа

Более тысячи лет эта Волшебная шляпа читала мысли учеников Хогвартса. Сегодня маглы начинают понимать, как она, возможно, устроена. Они уже умеют изучать мозговые процессы, вплоть до событий, длящихся тысячную долю секунды, посредством сканеров тела последнего поколения. Они видят, как воспоминания создаются в сети мозговых клеток. И мы вполне можем ожидать, что однажды сканеры смогут нарисовать карту изменений, происходящих в сознании ученика в процессе получения новых знаний. Юный мозг поначалу выглядит пустым, он наполнен воздухом, пухом и отрывочной информацией, в то время как образованный мозг, вероятно, будет наполнен знаниями о волшебстве, заклинаниях и чарах.

Волшебная шляпа могла бы, к примеру, читать мысли посредством мгновенного измерения изменений в магнитных полях, которые возникают благодаря электрической активности мозга. Этот метод чтения мыслей называют магнитной энцефалографией (МЭГ), посредством которой происходит запись магнитных сигналов, создаваемых при прохождении тока через нервные клетки. Этот метод, впервые опробованный в 1968 году, имеет ряд преимуществ перед электроэнцефалографией (ЭЭГ) - традиционным методом, при котором на голову прикрепляются электроды, регистрирующие электрическую активность работы мозговых клеток. ЭЭГ не может точно указать на область токов, поскольку сигнал искажается контактом с тканями. Для магнитного поля такой контакт не нужен.

Трудность состоит в том, что для сколько-нибудь правдоподобной регистрации этих ничтожно малых магнитных полей необходимо использовать сверхпроводящий квантовый интерферометр (SQUID) - наиболее чувствительный измерительный инструмент, известный науке. Возможно, посредством массива таких датчиков Распределяющая шляпа читала мысли Гарри.

SQUID трансформирует изменения в магнитных полях, создаваемых мозгом, в изменения напряжения, которое варьируется во времени, объясняет эксперт по МЭГ Риитта Салмелин из Технологического университета Хельсинки в Финляндии: "Электрическое напряжение очень просто измерить, в отличие от магнитного потока, и поэтому SQUID имеет такое значение". Каждый SQUID состоит из кольца, сделанного из особого материала - суперпроводника, в котором отсутствует электрическое сопротивление, - и прерываемого двумя тонкими слоями изоляционного материала, известного как "туннельный переход Джозефсона". Эти "переходы" названы в честь британского физика Брайана Джозефсона, получившего Нобелевскую премию за их открытие, которое он сделал, будучи студентом Кембриджского университета. Используя квантовую механику, он предсказал, что электричество - в суперпроводнике в форме пар электронов - может "проникать" сквозь барьеры в сверхпроводящем кольце, позволяя току течь. Когда электрический ток проходит через два параллельных барьера, оказывается, что результирующий ток крайне чувствителен к слабым магнитным полям, даже тем, что возникают в мозгу Гарри Поттера. Когда Гарри думает, его нейроны создают электрический ток, который, в свою очередь, испускает как магнитные, так и электрические поля. Магнитные поля, выходящие из головы Гарри, влияют на пары электронов, циркулирующих в SQUID, находящемся в Распределяющей шляпе. Поскольку, в соответствии с квантовой механикой, все пары электронов в каждом SQUID действуют совместно (все электроны находятся в одном "квантовом состоянии"), они переводят слабые изменения в магнитных полях его мозга в измеряемые изменения напряжения, с чувствительностью, которую не обеспечивает ни один другой прибор.

Хотя на данный момент технология маглов не может читать конкретные мысли, но, если верить Салмелин, сканеры могут, до определенной степени, сообщить о том, что мы думаем. Имеются в виду различные попытки обучения людей, страдающих параличом, создавать различимые мозговые волны, посредством которых можно перемещать курсор на экране или даже двигать искусственной частью тела. Еще один пример рудиментарного чтения мыслей можно найти в эксперименте, проведенном Рииттой Салмелин на мозге другого ученого: "Он думал об игре на пианино, писал левой рукой и так далее. Он не говорил нам, в каком порядке выполняет эти действия. Однако, поскольку набор действий был нам известен, по сигналам МЭГ мы смогли определить, что именно он делал".

Но просто определить активность мозга еще недостаточно. Проблема состоит в локализации конкретной активности, которая соответствует мысли "я хочу быть в Гриффиндоре", и отделении ее от других магнитных импульсов, какофонии других мыслей, рутинной деятельности мозга и так далее. Даже если среди всего этого шума удастся выделить чистый сигнал, пока невозможно определить, как каждая отдельная мысль связана с определенной активностью клеток.

Однако когда-нибудь, благодаря мощным компьютерам и более совершенным моделям работы мозга, чтение мыслей может стать вполне реальным. "Критическая задача состоит в понимании реальной модели того, как "думает" мозг, и создании соответствующей обучающей программы (на супер-пупер компьютерах!), которая сможет "интерпретировать" сигналы мозга", - говорит Салмелин. И хотя теоретически это когда-нибудь вполне достижимо, ученые могут прийти к выводу о том, что они еще дальше ушли от решения этих проблем, по мере того, как они начнут более полно понимать ошеломляющую сложность мозга. Любой триумф неизменно порождает новые вопросы.

Роджер Хайфилд

Проза жизни • "Гарри Поттер" и наука: Настоящее волшебство