Свой комментарий на технологию Neuralink мы опубликовали в октябре 2019 года. По сравнению с прошлогодней презентацией изменился внешний вид устройства — теперь это миниатюрная круглая таблетка размером с монету и язычком из связки электродов, которых, кстати, стало меньше. Изначально было заявлено 3072 электрода, теперь осталось 1024.
Можно предположить, что изменение количества электродов связано с задачами устройства. Прибор нацелен на распознавание конкретной активности мозга. В презентации показали, как с его помощью считывается двигательная активность. Для этой задачи чип должен быть имплантирован в моторную кору. Это небольшая область и 1000 электродов, скорее всего, достаточно.
Если мы захотим решить другую задачу — стимулировать зрительные или аудиальные центры, то необходимо имплантировать чип в другие области мозга. Более того, чтобы контролировать сложную когнитивную активность, электроды должны покрывать несколько областей одновременно. Тут уже вопрос не в количестве электродов, а безопасности такой операции.
Появились и новые фишки. На вопрос журналистов можно ли будет с помощью Neuralink управлять Tesla, Макс ответил положительно, добавив, что все чувства: зрение, слух, осязание — это электрические сигналы, которые отправляются нейронами в мозг. Учитывая сказанное, можно предположить, что технология применима для управления умным домом и интернетом вещей. Также в презентации говорилось, что чип может транслировать музыку и работать с различными устройствами по Bluetooth-соединению, а для управления Neuralink будет разработано мобильное приложение. Маск сравнил новый прототип с фитнес-браслетов Fitbit только с маленькими проводами в черепе.
Давайте разберем, в чем новизна технологии и почему Neuralink может стать прорывом в области лечения когнитивных нарушений. Для этого абстрагируемся от маркетинговых теглайнов про управление с помощью чипа в игре StarCraft и разговоров про чипирование людей.
Прототип устройства год назад и сейчас
Чем перспективен проекта Маска
Идея Neuralink основана на интерфейсе мозг компьютер. Термин «интерфейс мозг компьютер» (ИМК) появился в начале 1970-х годов, а первые попытки исследовать нейронную активность на обезьянах проводились уже в 1960-х. Сегодня работа в этом направлении перспективна для реабилитации при нарушениях двигательных функций.
Neuralink позволяет применять инвазивный метод следующего поколения. Устройство содержит до 1024 электродов, распределенных по десяткам нитей, с помощью которых подключается к мозгу. Чтобы преодолеть хирургическое ограничение, разработчики создали нейрохирургического робота, который вводит до шести нитей в минуту с точностью до микрометра.
Технология может служить прототипом инвазивного нейроинтерфейса для клинических приложений. Многоэлектродные нейроинтерфейсы могут стать основой для новых технологий и медицинских решений для парализованных людей. Развитие технологии позволит взаимодействовать с внешней средой без ограничений благодаря интеграции в умный дом и интернет вещей.
Neuralink не имеет аналогов по числу регистрируемых каналов. Существующие ИМК, которые используют инвазивные записи с нескольких десятков нейронов, уже позволяют обезьяне и человеку управлять движениями манипулятора силой мысли. В журнале Nature опубликованы работы, которые демонстрируют, как обезьяна ест роботизированной рукой и как полностью парализованные пациенты захватывают и перемещают предметы с помощью манипулятора.
Нити устройства взаимодействуют с мозгом
ИМК перспективны для обнаружения скрытой информации о работе мозга, которую невозможно получить с помощью обычных каналов связи. Использование неинвазивных ИМК ограничено небольшим количеством распознаваемых команд. Это ограничение возникает из-за зашумленности и нестационарности неинвазивных записей электроэнцефалографии или спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне.
В этом плане инвазивные электроды более устойчивы к помехам и артефактам, и позволяют получить качественные записи нейронной активности. Вместе с тем, инвазивная регистрация требует большего числа электродов, чтобы покрыть распределенные области мозга. При помощи методов Neuralink эта проблема может быть решена.
Как с помощью инвазивного подхода предсказывать приступы эпилепсии
Для нас технология Маска интересна в том числе с точки зрения собственных разработок. В Лаборатории нейронауки и когнитивных технологий мы работаем над проектом по предупреждению приступов эпилепсии.
Мы разработали ИМК, который при помощи трех электродов, вживленных в мозг крысы, позволяет предсказывать эпилептические приступы с точностью до 90%. Однако, существуют проблемы, связанные с большим числом ложных предсказаний. Если говорить о системе предотвращения приступа при помощи электрической стимуляции, то ложные предсказания приводят к большому числу ненужных стимуляций. В нашем интерфейсе удалось свести к минимуму число ложных предсказаний, но точность предсказания приступа снизилась до 50%.
Подробнее про разработки Университета Иннополис в области предупреждения приступов эпилепсии
Neuralink расширяет возможности для считывания сигналов мозговой активности. Скорее всего, использование 1000 каналов вместо трех, позволит значительно повысить точность предсказаний приступа эпилепсии и уменьшить количество ложных предсказаний.
Для прогнозирования эпилептических приступов нейронная активность должна регистрироваться в заранее определенных фокальных областях мозга, где активность проявляется раньше всего, а патология выражена наиболее ярко. В таком случае можно быстро обнаружить приближающийся приступ.
ИМК нового поколения, которые могут появиться благодаря Neuralink, предполагают стимуляцию мозга для прерывания или даже предотвращения эпилептических приступов среди людей с лекарственной устойчивостью.
Незаменимый робот-хирург
Еще в первой презентации прошлым летом Маск показал прототип нейрохирургического робота для установки импланта. Это очень важное преимущество, потому что ИМК не применяется в клинической практике в том числе из-за хирургических трудностей и проблем биосовместимости. Робот-хирург очень быстрый — устанавливает до шести электродов в минуту. Команда Neuralink ставит задачу сократить время установки импланта до часа, а операцию проводить под местной анестезией, чтобы отправлять пациента домой в тот же день.
По идее разработчиков проблему биосовместимости решит использование биосовместимого полиимида с тонкой пленкой золота. При выборе материалов нужно учитывать импеданс и биосовместимость. Команда Neuralink протестировала полимер допированный полиэтилендиокситиофеном с полистиролсульфонатом и оксидом иридия. В результате достигли более низкого импеданса для первого, но лучшей биосовместимости для второго. Разработчики обещают продолжить исследования в этом направлении и проверить гипотезы на других типах проводящих электродных материалах и покрытиях.
Робот-хирург Neuralink
Наши вопросы к Neuralink
Было бы интересно узнать, возможно ли доставлять электрические импульсы к клеткам и одновременно регистрировать нейронную активность. Другими словами, сохраняет ли стимуляция возможность одновременной регистрации нейронной активности с минимальными артефактами.
Если данный функционал будет реализован, то это решит ещё одну важную задачу в области ИМК, — возможность подстройки нейронной активности непрерывно. Например, при предотвращении эпилептического приступа путем электрической стимуляции появится возможность контролировать эффективность этого процесса. Можно будет подбирать оптимальную интенсивность стимуляции, чтобы предотвратить приступ, и при этом минимизировать негативное влияние на мозг.
Если заглянуть далеко вперед, то среди нежелательных эффектов ИМК с электродами, имплантированными в мозг человека, можно отметить потенциальную возможность контролировать и манипулировать поведением человека не только через средства массовой информации, но и напрямую посылать команды в мозг. Это предъявляет повышенные требования к шифрованию и защите данных и протоколов, использующихся в ИМК. Сейчас это кажется фантастикой, но в будущем этот вопрос обязательно возникнет.
По поводу этичности таких методов ведутся многочисленные дискуссии. Интересно, как в итоге будет сформулирована общественная позиция на этот счет. Захочет ли большинство добровольно устанавливать нейроимпланты? Напишите в комментариях, что думаете по этому поводу, согласились бы на такое, чтобы силой мысли найти Tesla на парковке или включить свет в квартире?
