Як працює нейроинтерфейс Neuralink Ілона Маска

Телепатичне спілкування, лікування паралічу та інші амбіції стартапу, який викликає одночасно захоплення і сумніви фахівців – Ілон Маск і керівники стартапу Neuralink вперше продемонстрували проект нейроінтерфейсу: він являє собою «нитки»-імпланти для зчитування інформації з мозку і «швейного» робота-хірурга для їх імплантації.

Основна мета Neuralink – створення безпечного нейроінтерфейсу, здатного вловлювати мозкову активність і обробляти сигнали без ризику відторгнення організмом. Це допоможе у вивченні та лікуванні неврологічних хвороб і порушень роботи мозку, відновлення моторних функцій, лікуванні сліпоти, паралічу, епілепсії, депресії, хвороб Паркінсона й Альцгеймера.

За допомогою Neuralink паралізовані люди зможуть керувати телефонами та комп’ютерами силою думки, наприклад писати повідомлення, переглядати сайти або «телепатично» спілкуватися, як тільки «технологія запрацює в обох напрямках».

У майбутньому компанія планує створити мініатюрний бездротовий імплантат, а його вживлення, за словами представників фірми, буде не складніше і не болючыше Lasik, операції лазерної корекції зору.

«Мені було гірко від того, наскільки безпорадні ми в лікуванні неврологічних захворювань. Вперше в історії у нас є потенціал для розв’язання цих проблем», – заявив головний хірург Neuralink Метью МакДугалл.

За словами Маска, що інвестував не менше $100 млн в проект, Neuralink доведеться пройти «довгий шлях», щоб випустити комерційний пристрій. Кінцевою метою стартапу він бачить «симбіоз штучного інтелекту та людини». Маск вважає: це шанс врятуватися від загрози поневолення людства штучним інтелектом.

У 2020 році Neuralink планує отримати схвалення від Міністерства охорони здоров’я США і разом з нейробіологами зі Стенфордського університету провести перші випробування на пацієнтах з повним паралічем.

Як працює Neuralink і чим відрізняється від аналогів

Гнучкі «нитки»

Проект заснований на технології гнучких полімерних «ниток» з електродами, які імплантуються в кору головного мозку, зчитують активність нейронів і стимулюють їх. На кожній нитці товщиною від чотирьох до шести мікрометрів (в десятки разів тонші людської волосини) розташоване по 32 електроди, всього система може включати до 3072 електродів на 96 нитках.

The New York Times порівнює «нитки» з перлами — електроди та датчики нанизуються на дроти, ізольовані матеріалом на зразок целофану. Вони імплантуються в різні ділянки мозку і на різну глибину, адже медичні дослідження і терапії фокусуються на різних частинах мозку — центрах мови, зору, слуху або руху.

Президент Neuralink Макс Ходак розповів, що Neuralink «не з’явилася з нізвідки» і спирається на безліч досліджень, присвячених гнучким «ниткам», але перевершує аналоги з безпеки й обсягом зібраних даних.

У 2006 році Метью Негл став першою людиною, яка одержала мозковий імплантат від компанії BrainGate – її розробили в Броунівському університеті, одному з провідних навчальних закладів США.

Після травми хребта Негл виявився паралізованим, а пристрій дозволив йому керувати курсором на екрані та грати в Pong. На навчання чоловік витратив чотири дні.

BrainGate використовує масив мікроелектродних голок, в яких розміщується до 128 електродів, і поступається Neuralink за обсягом видобутих з мозку даних.

Більш того, голки жорсткі, що обмежує число доступних нейронів, заважає довгостроковій роботі та небезпечно для людини, оскільки мозок змінює форму. Тонкі полімерні «нитки», зазначає дослідник Neuralink Філіп Сабес, розв’язують ці проблеми.

Нейрохірургічний робот

«Нитки», через їх гнучкість, складніше імплантувати в кору головного мозку, ніж голки, тому Neuralink розробила спеціального робота, схожого на «суміш швейної машинки з мікроскопом».

Він здатний вставляти по шість «ниток» у хвилину за допомогою спеціальних тонких голок і повністю автоматизований. Проте нейрохірург зберігає повний контроль над операцією і може регулювати процес вручну.

Робот розміщує «нитки» з електродами в безпосередній близькості від нейронів, а система комп’ютерного зору дозволяє уникнути проникнення голки в кровоносні судини на поверхні мозку — це знижує ймовірність запальної реакції організму на «зовнішні об’єкти».

Щоб встановити імплантати хірургам доводиться просвердлювати чотири восьмиміліметрові отвори в черепі, але інженери Neuralink вважають, що в майбутньому для проникнення крізь череп можна пристосувати лазер.

Чіп обробки даних

На думку Маска, однією з основних проблем взаємодії людини з штучним інтелектом є пропускна здатність. Neuralink позбавляє людину від «прошарку» між думкою і комп’ютером, бо віддавати команди через нейроинтерфейс куди швидше, ніж голосом або ручним введенням.

Але велика кількість інформації та складність її «зчитування» через нейроінтерфейси — це проблема, яку Neuralink хоче вирішити за допомогою спеціального чіпа. Він в реальному часі приймає сигнали з «ниток», підсилює їх, очищає від шумів і оцифровує.

У Neuralink є два прототипи чіпа з різними характеристиками по числу оброблюваних каналів і потужності системи.

Зараз чіп може передавати дані тільки через дротове з’єднання по USB-C, але мета компанії — бездротова система, яку назвали N1 Sensor. За задумом фірми, N1 Sensor буде вбудовуватися в організм людини та передавати дані по бездротовому зв’язку зовнішнього пристрою з акумулятором, розташованому за вухом.

Датчиків буде чотири — три в моторній області кори мозку, а останній — в сомато-сенсорній системі. Управляти N1 Sensor можна буде через iPhone.

У чіпа є ще одне застосування — його розробили так, щоб не тільки обробляти дані, а й стимулювати клітини мозку. Пряма стимуляція мозку за допомогою імплантованих електродів дозволяє лікувати розлади рухової системи та епілепсію. Але більшість нейроінтерфейсів адаптується до потреб і відчуттів пацієнта.

Нейрохірурги та інженери вважають, що через цей недолік стимуляція мозку не працює для лікування депресії. Neuralink вміє аналізувати дані за допомогою машинного навчання і може адаптувати стимуляцію до потреб пацієнта. У дослідженні Neuralink визнає, що «поки не демонструє ці можливості».

Випробування

Сьогодні розробки тестують на гризунах. У дослідницькій роботі Neuralink розповідає про 19 операціях на щурах, в яких «нитки» успішно розмістили в 85,5% випадків, встановивши 1280 електродів (1020 працювали одночасно).

Щури обходили прямокутну пластикову клітку, наповнену дерев’яною стружкою, і шукали шматок пармезану. Провід, підключений до порту USB-C, передавав мозкову активність щури дослідникам: потріскування нейронів було чутно через динамік, а програма записувала і вимірювала силу мозкових коливань.

Зібраних даних було в десять разів більше, ніж під силу самим потужним сучасним датчикам, пише Bloomberg.

15 липня компанія показала The New York Times підключену до лабораторних щурів систему, яка зчитувала інформацію з 1500 електродів. Це в 15 разів краще, ніж в інших сучасних системах, і такого обсягу даних досить для наукових досліджень і медичних застосувань, пише видання.

У дослідженні та офіційній презентації примати не згадуються, але на секції питань і відповідей Маск заявив, що мавпа «змогла управляти комп’ютером за допомогою свого мозку». Тест на приматі підтвердили співробітники.

Також компанія готова провести перші випробування на людях, але для цього потрібно знайти пацієнтів і переконати в безпеці Міністерство охорони здоров’я США.

Як проект оцінюють експерти та інвестори

Суперечливий технологічний прорив

Після презентації дослідники та вчені розібрали опубліковане Neuralink дослідження і розділилися в думках щодо працездатності та безпеки проекту.

Роботизована платформа з інтеграцією електродів і аналізом активності за допомогою спеціального програмного забезпечення — це проривний анонс, але дуже рано говорити про те, наскільки швидко вийде безпечно використовувати Neuralink на людях, пише The Wall Street Journal.

Потенціал ушкодження тканин мозку може стати однією з ключових проблем, з якою зіткнеться Neuralink при відправленні заявки на клінічні випробування в Міністерство охорони здоров’я США, вважає GeekWire.

Наприклад, дослідження не отримувало рецензій, в ньому немає інформації про те, як довго «нитки» можуть перебувати в мозку людини, чи немає запальної реакції на їх впровадження і наскільки тривала стабільна обробка сигналів нейронів.

На думку нейробіолога Лорена Франка з Каліфорнійського університету, вкрай важливо отримати цю інформацію, перш ніж дозволяти випробування на людях. З ним погоджується розробник нейроінтерфейсів Тім Харріс — сучасні технології, за його словами, не наблизилися до повноцінного протезування нейроінтерфейсів.

Також Bloomberg зауважує, що навіть якщо імпланти функціонують належним чином, компанії ще потрібно показати, що вона може робити з ними й отриманою інформацією щось корисне і безпечне. Наприклад, надасть методи лікування хвороб за допомогою Neuralink.

Neuralink заявила, що зараз вивчає реакцію мозку на впровадження «ниток» і їх відторгнення, але поки «не готова оприлюднити дані».

Професор Френсіс Крік з Інституту біологічних досліджень в Каліфорнії зазначив: гнучкість «ниток» – це «суттєвий крок вперед» для нейроінтерфейсів. Але при цьому Neuralink потрібно довести, що ізоляція «ниток» протримається в мозковому середовищі досить довго, оскільки сольовий розчин всередині мозку руйнує багато видів пластиків.

Нейробіолог Ендрю Хайрс, що розібрав дослідження Neuralink в серії твітів, вражений виконаною роботою і підкреслив, що продукт компанії «виходить за рамки сучасного рівня техніки».

До нього приєднався науковий співробітник Google DeepMind і експерт в області нейробіології Адам Марблстоун. Він похвалив «хороший прогрес» за кількістю каналів, доступних в «нитках», процес імплантації за допомогою робота і розроблений чіп.

На думку Марблстоуна, проект «дуже агресивний» і поки незрозуміло, яким чином апарат отримує доступ до структури під корою головного мозку. Neuralink, однак, може розв’язати проблеми з гнучкими електродами та привести до дуже великого прогресу в області нейробіології та лікуванні, наприклад, паралічу, відзначає він.

Думка інвесторів в нейробіологічних дослідженнях

Попри інтерес інвесторів і уряду США до області нейробіологічних стартапів, не всі ризикують вкладатися в імплантацію, пише The Wall Street Journal. Співзасновник і керуючий партнер Lux Capital Джошуа Вольф заявив, що «і думати не може про технології, які передбачають свердління отворів за вухами».

Глава венчурної компанії Arkitekt Ventures Енке Башларі також вважає, що для технологій, що імплантуються потрібні істотні заходи безпеки, тоді як неінвазивні пристрої можуть «зіграти важливу роль в посиленні рухів людини або його когнітивних здібностей». Але, визнає, «незадоволені медичні потреби» потребують технологій, для яких потрібно проникати всередину людини.

«Проект повинен враховувати дві речі — високу пропускну здатність і роздільну здатність зображення. Він повинен взаємодіяти з мільйонами нейронів одночасно, і потрібно точно знати, з яким нейроном працює. В даний час це можна зробити тільки інвазивно». – Енке Башларі, голова Arkitekt Ventures

У дослідженні Neuralink йдеться якраз про це. На думку Маска і його команди, неінвазивні способи теж справляються з обробкою сигналів мозку, але роблять це з сильним спотворенням сигналу і не можуть працювати точково.

Президент Neuralink Макс Ходак визнає: шлях до розвитку технології буде дуже довгим. Для початку компанії необхідно не тільки дозвіл на випробування, але і величезна підтримка з боку інженерів і наукових співробітників. «У нас немає ілюзій з приводу того, що ми зможемо самостійно проводити всі наукові дослідження», – заявив він.

Ходак розповів: коли Маск вперше звернувся до нього з ідеєю запуску стартапу, він не був упевнений в проекті, але його переконав ентузіазм бізнесмена.

Попри мрії Маска про симбіоз зі штучним інтелектом, підприємець теж вважає, що вони тільки на самому початку і «Neuralink не почнеться несподівано захоплювати мізки людей через нейроинтерфейс».

Презентація і вихід з «режиму секретності», згідно зі словами Маска, зроблені не для «хайпу», а в першу чергу для пошуку нових співробітників, яких дуже потребує Neuralink.

БІЛЬШЕ ЦІКАВОГО:

Джерело: The Verge

Читайте также:

У літніх дитячих таборах США впровадили технологію розпізнавання облич

Як може зміниться навчання? Масштабний експеримент Китаю в сфері освіти

5 основних напрямків розвитку робототехніки

Битва флагманів: Samsung Galaxy Note 10 Plus vs. iPhone XS Max