Wojsko pracuje nad maszyną zdolną przekazywać informacje zwrotne mózgom żołnierzy, aby umożliwić im podjęcie natychmiastowych i właściwych działań „naprawczych”. Wszystko po to, by chronić zdrowie i życie każdego żołnierza. I jak doniósł z końcem 2020 roku serwis C4ISRNET (media dla wojska ery sztucznej inteligencji, zapewniające im łączność z technologiami i innowacjami sieciowymi), nastąpił niesamowity przełom w dekodowaniu sygnałów mózgowych, co może być pierwszym krokiem właśnie do takiej armii przyszłości, gdzie żołnierze cicho komunikują się ze sobą podczas operacji wojskowych. Nowe badanie – finansowane przez Biuro Badań Armii USA, którymi kieruje Hamid Krim – za pomocą analizy matematycznej z powodzeniem odfiltrowało od innych impulsów sygnały mózgowe, które wpływają na działanie lub zachowanie.

Zanim jednak powstaną tacy żołnierze, których sygnałami mózgowymi będzie kierować maszyna odfiltrowująca interesujące ją „myśli”, dekodująca je i sterująca zachowaniami, warto pokusić się o łyk historii. Historii naukowej analizy komunikacji między mózgami i wzajemnej synchronizacji ludzkich mózgów.

W kwietniu 2019 roku na łamach „Scientific reports” opublikowano wyniki bardzo interesującego, ale sięgającego początkiem daleko wstecz badania z zakresu psychologii i neurobiologii, a jednocześnie informatyki. W tymże eksperymencie neurobiolodzy zdołali bezkrwawo połączyć ze sobą mózgi trzech osób tak, by nawzajem czytały sobie w myślach. To nie scenariusz filmu science fiction, tylko pierwszy na świecie bezpośredni interfejs pozwalający na współpracę więcej niż dwóch mózgów. W skrócie BrainNet.

Pozostaje pytanie, czy pozwoli na stworzenie międzyludzkich sieci uwspólniania myślenia i jego efektów? Czy w przyszłości pozwoli kontrolować ludzkość, czy tylko zwiększyć wydajność rozwiązywania przez nią problemów?

Podobno nasza najbliższa przyszłość (o ile pandemia nie cofnie nas do lat 90. XX wieku lub nawet bardziej) wyglądać ma tak, jakobyśmy, niczym w filmowym „Matrixie”, mieli być podłączeni do wspólnego mózgu zarządzającego. Jeśli nie wszyscy naraz, to przynajmniej korporacjami. Stworzymy sieć połączonych, zsynchronizowanych mózgów, gdzie oczywiście pewne mózgi będą bardziej węzłowe, a inne bardziej peryferyjne – jak to w sieci.

Jak to można zrobić?

Aby połączyć ze sobą mózgi, trzeba najpierw skojarzyć jakąś metodę obrazowania mózgu – w tym wypadku elektroencefalografię (EEG) – z jakimś sposobem na neurostymulację. Skorzystano z międzyczaszkowej stymulacji magnetycznej (TNS), gdzie komórki nerwowe rozbudza się za pomocą pól magnetycznych.

Tak udało się zespolić we wspólnym dziele trzy niezależne ludzkie mózgi w trzech oddzielnych głowach. Nadal spoczywających na trzech niezależnych, żywych ludziach. I tak, nie dzieląc się ani słowem, ale za to wymieniając się myślami, ta „maszynka do telepatii” pozwoliła mózgom wspólnie wygrywać w komputerową grę logiczną Tetris.

Badania zespołu z University of Washington w Seattle i Carnegie Mellon University w Pittsbourghu, kierowanego przez Rajesha P. N. Rao, nie służyły tak naprawdę rozwojowi tej jakże popularnej i stareńkiej już gry. Ani – miejmy nadzieje – wyłącznie rozwojowi przedziwnych metod komunikacji, pachnących już z oddali możliwościami kontroli sieci połączonych ze sobą umysłów. Miała dać głównie szansę wgłębić się w to, jak nasz mózg w istocie myśli, gdy komunikuje. I jak komunikuje, gdy myśli.

Badania są tak przełomowe, ale mają swoją historię. Ta sama grupa naukowców zdołała w roku 2015 połączyć ze sobą dwa mózgi w owocnej dyskusji opartej o grę złożoną z 20 pytań i odpowiedzi.

Podczas tego pierwszego eksperymentu jeden uczestnik, zwany „respondentem”, był podłączony do EEG, które rejestrowało aktywność elektryczną jego mózgu. W międzyczasie partner „dopytujący się” siedział w budynku oddalonym o ok. 1,5 km i miał wokół głowy TNS. W każdej rundzie respondent myślał o obiekcie, na przykład o psie. Druga osoba klikała zaś w dostępnym jej komputerze i wysyłała przez internet pytanie typu: „czy obiekt jest zwierzęciem?”, pozwalające respondentowi jedynie na odpowiedź „tak” lub „nie”. W zależności od odpowiedzi, respondent koncentrował się na jednej z dwóch diod LED znajdujących się przed nim, a oznaczających właśnie „tak”, lub „nie”.

Kiedy respondent skoncentrował się na świetle „tak", powstający wzór EEG aktywował cewkę magnetyczną nad głową pytającego, powodując, że widział on rodzaj halucynacji wzrokowej zwanej „fosfenem”. Najczęściej ma to postać błysku lub cienkiej linii światła. Dzięki niemu pytający wiedział, jak brzmi odpowiedź respondenta. Brak fosfenu oznaczał odpowiedź „nie”. W 72 procentach przypadków wystarczyło 20 pytań do odgadnięcia przez pytającego, o czym myślał respondent.

Dziś eksperyment wygląda następująco: dwóch nadawców podłączonych do EEG gra w Tetris. Ich zadanie polega na każdorazowym decydowaniu, czy konkretny klocek ma zostać obrócony, czy nie, przed umieszczeniem go w ścianie rosnącej od dołu (część znika, jeśli dopasowano w niej wszystkie klocki). Nadawców poproszono, by swe decyzje przekazywali poprzez spojrzenie na jedną z dwóch świecących lampek LED: jedną migającą z częstotliwością 15Hz, a drugą – 17Hz. Znowu zatem: „tak” lub „nie”. Obie były umieszczone po dwóch różnych stronach monitora, na którym działała gra. Takie stymulacje świetlne mózg umie wychwytywać, co z kolei jest widoczne w jego aktywności elektrycznej monitorowanej przez EEG.

W innym punkcie pokoju eksperymentalnego, pozbawiony możliwości pełnej obserwacji ekranu z trwającą grą siedział trzeci uczestnik – odbiorca. On z kolei miał na głowie system TNS, który generował mu w mózgu podobne sensacje, jak owe lampki LED, czyli fosfeny. Generował to, co nadawało EEG pozostałych dwóch uczestników. To zatem odbiorca, na podstawie otrzymywanych stymulacji, miał ostatecznie obracać klockami w Tetris.

W pięciu niezależnych trzyosobowych grupach badacze uzyskali ponad 80 proc. skutecznej komunikacji. W kolejnym eksperymencie nadawcom pozwolono także przekazywać odbiorcy informację zwrotną. Czyli „mówić w myślach”, czy ostatecznie odbiorca właściwie opuścił konkretny klocek. No przecież on nie mógł tego widzieć. To pozwoliło naukowcom wytypować najbardziej niezawodnych nadawców. Dla rozwoju przyszłych sieci tego typu, to może się okazać kluczowe.

Pozostaje ufać, że owe BrainNety zostaną wykorzystane do burz mózgów dla dobra, a nie na szkodę ludzkości. Narzędzie wydaje się mieć gigantyczną przyszłość.

A prościej nie można?

Synchronizacja mózg – mózg i swoista „telepatia” nie wymagają aż takich skomplikowanych aparatów. Mają miejsce bez żadnych specjalnych kasków, a tym bardziej wszczepiania „czipów”, które tak przeraża naszych kochanych foliarzy. Synchronizacja bowiem to skoordynowana interakcja sygnałów behawioralnych i fizjologicznych, które odzwierciedlają dwukierunkowe dostrojenie się jednego partnera do stanu psychofizjologicznego, poznawczego, emocjonalnego i behawioralnego drugiego. Wystarczy zatem być w relacji takiej, jak matka i jej małe dziecko.

Zanim opowiem o kolejnym, wymagającym specjalistycznego sprzętu eksperymencie wykonanym na Nanyang Technological University w Singapurze, a sprawozdanym również na łamach czasopisma „Scientific reports”, tym razem w sierpniu 2019, warto się skupić przez chwilę na fundamentalnych psychologicznych obserwacjach liczących sobie już pół wieku i więcej. Najkrócej rzecz ujmując, wykazano już uprzednio psychologicznie, że stres rodzicielski osłabia synchronizację zachowań matki i dziecka. Pozostawało kwestią ustalenie, czy podłożem tego jest „rozsynchronizowanie” się mózgów tej jedynej w swym rodzaju i najsilniej ze sobą związanej emocjonalnie ludzkiej pary, podczas codziennych czynności.

W pierwszych sześciu miesiącach życia dziecka rozwija się relacja zwana przez psychologów rozwoju intersubiektywnością. Noworodek odkrywa siebie, a co za tym idzie – że jest oddzielny od swojej mamy. Dziecko staje się przedmiotem swojego własnego poznania, rozwija swoje emocje i ich rozumienie, głównie dlatego, że zaczyna odbierać reakcje matki na wyrażone przez siebie emocje. Matka ma bowiem (na ogół) cechy pozwalające na rozwinięcie się relacji z dzieckiem. Podstawą jest wrażliwość matki na sygnały płynące od dziecka, tak że nie tylko widzi, jakie zachowania kieruje ku niej dziecko, ale w istocie nadaje im sens. Prosto rzekłszy – dziecko na początku widzi siebie „oczami matki”, dzięki jej reakcjom.

To jest bardzo ważne, by dziecko poznawało w reakcjach matki konsekwencje swoich własnych zachowań. To pomoże mu rozwinąć np. zdolność do ekspresji emocjonalnej. Zatem dziecko odkrywa bardzo wcześnie np., że jeśli się uśmiecha, to usatysfakcjonowana zostanie jego potrzeba bliskości z matką – a to jest jego największa potrzeba. Tak u niemowlaka rozwijającego się prawidłowo, ok. 5-miesiecznego, pojawia się tzw. uśmiech społeczny. To nie tylko wyrażenie ukontentowania, satysfakcji, ale zachowanie celowo rozwijane przez dziecko w celu zaspokojenia potrzeby bliskości. Tak właśnie rodzi się i rozwija intersubiektywność. Owa zaś organizuje synchronizację pomiędzy zachowaniami matki i dziecka. Początki tej synchronizacji daje się obserwować już w trzecim miesiącu życia dziecka.

Gdy jakość interakcji matki i dziecka jest dobra, co zasadniczo zależy od stanu psychofizycznego matki w pierwszym półroczu życia dziecka, w którym jest ono naturalnie dla matki pierwszą i podstawową sprawą, o którą się troszczy i na której jest skupiona. Nic innego wtedy dla niej nie istnieje. Ten właśnie prawidłowo przeżyty czas pozwala na rozwój tzw. bezpiecznego przywiązania. W nim dziecko, rozwijając się emocjonalnie wie, że podstawą bezpieczeństwa jest mama. Jeśli relacja jest prawidłowa, dziecko półroczne będzie w stanie odseparować się od mamy na tyle, by podjąć eksplorację zewnętrza ich wzajemnej relacji. Całego dookolnego środowiska. By „pójść w świat”.

Okres intersubiektywności charakteryzuje synchronizacja poznana właśnie na poziomie behawioralnym. Ale pozostawało tajemnicą biologii, czy ona wynika z synchronizacji aktywności mózgu obu partnerów interakcji – jednego już psychofizycznie dojrzałego, i drugiego dopiero rozwijającego się. Na poziomie behawioralnym rzecz badali psycholodzy różnych specjalności. Np. w kognitywnej psychologii rozwoju, podstawy położył Brytyjczyk Edward John Mostyn Bowlby, uczony z pierwszej 50-tki najbardziej cytowanych psychologów XX wieku. To on zaproponował teorię „podstawowej/pierwotnej potrzeby kontaktu”. Według niej, dla noworodka i niemowlęcia satysfakcja wynikła z bliskości matki jest znacznie istotniejsza, niż satysfakcja z najedzenia się.

To była teoria rozwijająca się w opozycji do Zygmunta Freuda, który uważał, że rozwój przywiązania dziecka do matki wynika z tego, iż ona zaspokaja jego potrzeby żywieniowe. Dla Bowlby’ego, dziecko przede wszystkim czerpie satysfakcję z bliskości, czyli np. dotyku, kontaktu, relacji twarzą w twarz (teraz utrudnionej poważnie przez konieczność noszenia maseczek przy karmieniu piersią przez matki zakażone chorobami zakaźnymi, przenoszącymi się kropelkowo!). Bardzo ważny jest kontakt wzrokowy oraz percepcja charakterystycznych uderzeń bicia serca mamy, które dziecko zna jeszcze z okresu płodowego. To są „zewnętrzne” źródła synchronizacji matka-dziecko, która pozwala mu uzyskać zdolność do kognitywnego poznawania rzeczywistości.

Z kolei inny Brytyjczyk, Donald Woods Winnicott zajmował się właśnie owymi pierwszymi 6 miesiącami kobiety po porodzie. Cechami, które ona rozwija w sobie, aby zagwarantować wspomniane wcześniej, bezpieczne przywiązanie się dziecka. Tu pojawić się musi też znacznie wcześniejsza teoria interakcjonizmu społecznego Lwa Siemionowicza Wygotskiego. Opracowywał on teorię rozwoju „wyższych funkcji psychicznych” (np. percepcji, pamięci i uwagi), według której indywidualny rozwój dzieci jest głęboko spleciony z komunikacją i doświadczeniami interpersonalnymi. Dziecko rozwija się z pomocą dorosłego, a zatem w pierwszej kolejności – mamy. Jej zdolność do szybkiej i pozytywnej reakcji na przejawy aktywności dziecka jest tu kluczowa, co ostatecznie pokazał nowojorczyk urodzony w rodzinie polskich Żydów Jerome Seymour Bruner, który podłożył fundamenty pod psychologiczne rozumienie zjawisk uczenia się i postrzegania.

Jeśli teraz fakty ustalone przez psychologów zechcemy właśnie zrozumieć w świetle neurobiologii, trzeba znów zrobić eksperyment, w którym mózg będzie nieustannie obserwowany. Jak wyjaśniają swe trudy sami badacze z Singapuru na łamach „Scientific reports”: „Z punktu widzenia biobehawioralności synchroniczną interakcję w diadzie ułatwia zarówno wzajemność behawioralna (np. mimika twarzy, wzorce spojrzenia), jak i oscylatory fizjologiczne (tj. rytmy biologiczne). Chociaż stres rodzicielski zmniejsza jawne wzajemne zaangażowanie między rodzicem a dzieckiem, nie wiadomo było, czy jawne zmniejszenie zaangażowania można przypisać dającemu się wyodrębnić podstawowemu mechanizmowi fizjologicznemu, który wspiera koordynację miedzy matką i dzieckiem”.

Jak się mierzy stres rodzicielski? Trzeba skonfrontować się z minimum 36 stwierdzeniami pozwalającymi obliczyć tzw. Indeks Stresu Rodzicielskiego według skróconej formy (PSI-SF), istniejący od lat 80. XX wieku, kilkukrotnie poprawiany i wydoskonalany. Miara naszej identyfikacji z tymi stwierdzeniami jest każdorazowo 5-stopniowa, w skali od „pełna/fundamentalna zgoda” do „pełna/fundamentalna niezgoda”. Jakie stwierdzenia możemy tam znaleźć i ewentualnie zgodzić się z nimi lub nie, a czasem nie mieć wcale do nich określonego pozytywnego lub negatywnego stosunku? „Jako rodzic czuję się uwięziony w swoich obowiązkach”. Albo: „Czuję się samotna i pozbawiona przyjaciół”. Czy też wreszcie: „Wydaje się, że moje dziecko nie uczy się tak szybko, jak większość innych dzieci”. Ten kwestionariusz podzielony jest na trzy 12-pytaniowe części i każda z nich oceniana jest niejako osobno, aby w sumie dać miarę stresu rodzicielskiego. Analizuje się zatem „cierpienie rodzica”, „dysfunkcjonalną interakcję rodzic-dziecko” i „jak trudne jest dziecko”.

Badaniu poddano 31 tandemów: biologiczna matka i dziecko (13 dziewczynek, 18 chłopców). Ochotniczki do badania pozyskano dzięki ogłoszeniom na forach internetowych i w mediach społecznościowych. Matki miały średnio 35 lat, a dzieci niemal 42 miesiące, czyli miały 3,5 roku. Matki wypełniły w domu przez internet kwestionariusz demograficzny, a następnie PSI-SF. Kolejnym etapem było przypadkowe przypisanie każdej z par matka-dziecko do jednej z sześciu prezentacji filmowych i rozpoczęciu eksperymentu z neuroobrazowaniem fNIRS.

Cóż to takiego? Skrót ten tłumaczy się jako funkcjonalną spektroskopię bliskiej podczerwieni i wykorzystuje w neurobiologii do nieinwazyjnego badania aktywności neuronów. Aktywność mózgu jest tu mierzona przez stosunek poziomu hemoglobiny natlenowanej i odtlenowanej w neuronach. Trochę to działa na prostej zasadzie, że im aktywniejszy neuron, tym wyższy jego metabolizm, a zatem potrzebuje tym więcej tlenu przyniesionego przez hemoglobinę z krwią. [1].

Wszystko działo się w laboratorium urządzonym niczym pokój dziecięcy, aby ograniczyć stres małego człowieka. Podczas badania siedział on matce na kolanach, oboje twarzą do monitora odległego o 40 cm. Na głowy uczestników badania nałożono specjalne „czepki” z czujnikami i rozpoczynano eksperyment – wspólne oglądanie sekwencji filmowej.

Trzy jednominutowe filmy animowane zmontowano z Meridy Walecznej, Świnki Peppy i Iniemamocnych (Brave, Peppa Pig i The Incredibles), wybranych ze względu na ich różną wartość emocjonalną i złożoność audiowizualną, co miało zwiększyć ogólną aktywność interakcji w tandemie matka-dziecko [2]. Po zakończonej prezentacji klipów, a co za tym idzie – rejestracji sygnałów z mózgów mamy i jej dziecka, kilkulatek dostawał kreskówkę ze Świnką Peppą, aby go nieco rozproszyć i umożliwić naukowcom odłączenie całej aparatury.

Stwierdzenie, że owa synchronizacja behawioralna między matką a jej dzieckiem od najwcześniejszych momentów ma podłoże w synchronizacji neurofizjologicznej, to wielkie osiągnięcie. Tym ważniejsze jest także wykazanie, że depresja, lęki i nerwowość matki może wpływać na ową synchronizację aktywności jej mózgu z mózgiem dziecka.

Takie obserwacje na poziomie behawioralnym są już bowiem w psychologii kanoniczne. Czyli jest jasne, że zestresowana mama nie generuje tej synchronizacji na poziomie komunikacji i zachowań dziecka. A takie pozytywne interakcje interpersonalne są po prostu niezbędne dziecku do rozwoju osobistego (np. samoocena) i społecznego. Co podnosi istotność jak najszybszej diagnozy i psychoterapii np. tak powszechnego dziś zjawiska, jak depresja. Także ta okołoporodowa, wynikła bardzo często z gwałtownej przemiany hormonalnej w organizmie ciężarnej kobiety. Ów bowiem stan depresji – oby jak najkrótszy – nie pozwala na prawidłowy rozwój owej synchronizacji. Trzeba bardzo wspierać matki w sytuacji owej depresji, nie mogą zostać same z dzieckiem.

Badaczom z Singapuru, kierowanym przez Włocha Gianluca Esposito, udało się pokazać, że im większy stres rodzicielski (dzieci są już minimum trzyletnie, zatem nie mówimy tu o depresji okołoporodowej czy innych stanach przejściowych), tym mniejsza synchronizacją mózg-mózg w tzw. przyśrodkowym lewym klastrze kory przedczołowej, gdy matka i dziecko wykonują typowe zadanie wspólnego oglądania filmów animowanych. Ten obszar mózgu pokrywa się z dolnym zakrętem czołowym, przednim polem oka i grzbietowo-boczną korą przedczołową, które są zaangażowane we wnioskowanie o stanach psychicznych i poznaniu społecznym.

Z polskiego na nasze oznacza to, że u tych już 3-4-letnich dzieci zróżnicowana jest łączność z matką, która miała się ukształtować trzydzieści miesięcy wcześniej. I to biologiczne, neurofizjologiczne zjawisko leży u podłoża nie tylko ich obecnych zachowań. Będzie rzutować dalej, na całe ich życie.

Stresy nie są nam oszczędzane. Stresy związane z chorobami dziecięcymi, sytuacją materialną, rodzinną, zdrowiem, sytuacją społeczną i polityczną. A ostatnio w dodatku sytuacją epidemiologiczną. W jakiś, coraz lepiej wyjaśniony na poziomie neurofizjologii sposób ładujemy maleńkie dzieci tym swoim stresem. I to rozsynchronizowuje naszą relację. Wzajemne komunikowanie się naszych mózgów. Nie wiem, czy istnieje dziś taki „czip” lub nawet pomysł na niego, zdolny to naprawić.

– Magdalena Kawalec-Segond

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy

Pragnę bardzo podziękować prof. Hervé Segondowi z Wydziału Psychologii Uniwersytetu Strasbourskiego za krytyczną recenzję tego tekstu.