В подвале берлинской клиники Шарите стоит большая белая камера, похожая на гигантский сейф. Внутри — полная тишина: три слоя специальных металлических сплавов гасят вибрации и почти полностью нейтрализуют магнитное поле Земли. Только в таких условиях можно уловить едва заметные магнитные поля, которые создаёт наш мозг, — и, возможно, приблизиться к тому, что десятилетиями казалось научной фантастикой: чтению мыслей.

За этим проектом стоит Сурджо Соэкадар, 49-летний профессор, первый в Германии специалист по клинической нейротехнологии. Он хочет не просто регистрировать активность мозга, а создавать интерфейсы «мозг-машина», которые вернут голос тем, кто потерял речь, подвижность — парализованным, а радость жизни — людям с депрессией. Для этого Соэкадар намерен использовать квантовые сенсоры — технологию, которая обещает точность, недоступную традиционным методам.

Что мы знаем о мозге и почему его так трудно изучить

Мозг человека — одна из самых сложных структур во Вселенной. 86 миллиардов нервных клеток соединены примерно 100 триллионами синапсов. Эта сеть управляет мыслями, чувствами, движениями, памятью, дыханием и сердцебиением. При этом каждый мозг уникален и постоянно меняется: любой опыт, любой новый навык перестраивает связи между нейронами. Эта пластичность — одновременно источник наших способностей и главное препятствие для исследователей. Чтобы понять, как работает мозг, недостаточно знать, какие зоны активны. Важно уловить, когда именно и в каком контексте происходит активность. Одиночный импульс нейрона ничего не значит — только согласованная работа миллионов клеток рождает мысль или эмоцию. Соэкадар хочет сделать этот процесс видимым, но признаёт: «Современные технологии для этого слишком неточны».

Почему старые методы не подходят

Сейчас учёные чаще всего используют два метода. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) показывает активные области мозга с точностью до нескольких миллиметров, но измеряет её косвенно — по расходу кислорода нейронами. Поэтому фМРТ медленная: временное разрешение — секунды. Электроэнцефалография (ЭЭГ) регистрирует электрические сигналы прямо с поверхности головы. Сигналы проходят через кости черепа и сильно ослабевают, но всё же позволяют получать команды за миллисекунды. Правда, понять, откуда именно они приходят, почти невозможно. Как говорит Соэкадар, это уровень «рука сжата» или «рука разжата» — не более.

В 2016 году профессор продемонстрировал, что парализованные люди могут силой мысли управлять роботизированной рукой. Это напоминает недавние эксперименты в Китае, где парализованный пациент управляет компьютером силой мысли На видео мужчина в инвалидном кресле берёт картофельные чипсы и подносит ко рту. На его руке — экзоскелет, на голове — шапочка с электродами, провода тянутся к компьютеру. Он смеётся от радости. «Это был большой успех, — вспоминает Соэкадар. — Но мы не можем управлять отдельными пальцами». Именно эту задачу он теперь хочет решить.

Квантовые сенсоры: как они работают

Вместо того чтобы довольствоваться грубыми сигналами ЭЭГ, команда Соэкадара разрабатывает систему на основе квантовых сенсоров. Эти устройства измеряют магнитные поля мозга — они в миллиарды раз слабее магнитного поля Земли. Такие измерения называют магнитоэнцефалографией (МЭГ). Раньше для этого требовались громоздкие и дорогие сверхпроводящие детекторы, охлаждаемые до температур, близких к абсолютному нулю. Квантовые сенсоры, напротив, работают при комнатной температуре и могут быть миниатюрными.

Принцип действия основан на квантовых свойствах атомов. В частности, используются так называемые атомы с некогерентным спином — например, рубидий. Лазерный луч поляризует атомы, а затем измеряется, как их спины взаимодействуют с внешним магнитным полем. Любое изменение поля — например, вызванное активностью нейронов — меняет сигнал. Такие сенсоры способны улавливать поля в фемтотеслах (10⁻¹⁵ Тл) и даже меньше. Это позволяет видеть активность отдельных участков мозга с миллисекундной точностью и пространственным разрешением в несколько миллиметров.

Что это даёт пациентам

Соэкадар видит три главных применения. Первое — нейропротезирование: управление экзоскелетами и роботизированными конечностями с точностью до отдельных пальцев. Второе — восстановление речи: если человек не может говорить из-за паралича, система сможет переводить сигналы мозга в слова. Ранее учёные уже заявляли о создании сканеров, читающих мысли без электродов Третье — лечение депрессии: с помощью нейрофидбека пациенты смогут учиться регулировать активность зон мозга, связанных с настроением, и тем самым улучшать качество жизни.

Однако путь от лабораторного прототипа до клинического применения долог. Одна из главных проблем — шум. Даже в экранированной камере остаются помехи, а квантовые сенсоры очень чувствительны. Кроме того, мозг каждого человека уникален, поэтому системы нужно калибровать индивидуально. Исследователи также работают над тем, чтобы сделать сенсоры гибкими и удобными для ношения — ведь пациенты не смогут сидеть неподвижно в камере каждый раз.

Взгляд в будущее

Сейчас команда Соэкадара тестирует прототипы в лаборатории Шарите. Белая камера в подвале — не просто артефакт, а ключевой инструмент для отработки технологий. Учёные надеются, что через несколько лет квантовые сенсоры станут доступны в клиниках и изменят жизнь тысяч людей. Пока же это — захватывающий эксперимент на границе физики и медицины.

«Мы стоим на пороге новой эры нейротехнологий, — говорит Соэкадар. — Квантовая физика даёт нам инструменты, о которых раньше можно было только мечтать». Но он осторожен в прогнозах: слишком много неизвестных. Сможем ли мы когда-нибудь действительно читать мысли? Возможно. Но сначала нужно научиться слышать их шёпот.