Сила мысли: как работает нейроинтерфейс Neuralink Илона Маска, где применим и что о проекте думают эксперты

Телепатическое общение, лечение паралича и другие амбиции стартапа, который вызывает одновременно восторги и сомнения специалистов

Илон Маск и руководители стартапа Neuralink впервые продемонстрировали проект нейроинтерфейса: он представляет собой «нити»-импланты для считывания информации из мозга и «швейного» робота-хирурга для их вживления.

Основная цель Neuralink — создание безопасного нейроинтерфейса, способного улавливать мозговую активность и обрабатывать сигналы без риска отторжения организмом. Это поможет в изучении и лечении неврологических болезней и нарушений работы мозга, восстановлении моторных функций, лечении слепоты, паралича, эпилепсии, депрессии, болезней Паркинсона и Альцгеймера.

С помощью Neuralink парализованные люди смогут управлять телефонами и компьютерами силой мысли, например писать сообщения, просматривать сайты или «телепатически» общаться, как только «технология заработает в обоих направлениях».

В будущем компания планирует создать миниатюрный беспроводной имплантат, а его вживление, по словам представителей фирмы, будет не сложнее и не больнее Lasik, операции лазерной коррекции зрения.

«Мне было горько от того, насколько беспомощны мы в лечении неврологических заболеваний. Впервые в истории у нас есть потенциал для решения этих проблем», — заявил главный хирург Neuralink Мэтью МакДугалл.

По словам Маска, инвестировавшего не менее $100 млн в проект, Neuralink предстоит «долгий путь», чтобы выпустить коммерческое устройство. Конечной целью стартапа он видит «симбиоз ИИ и человека». Маск считает: это шанс спастись от угрозы порабощения человечества искусственным интеллектом.

В 2020 году Neuralink планирует получить одобрение от Министерства здравоохранения США и вместе с нейробиологами из Стэнфордского университета провести первые испытания на пациентах с полным параличом.

Как работает Neuralink и чем отличается от аналогов

Гибкие «нити»

Проект основан на технологии гибких полимерных «нитей» с электродами, которые вживляются в кору головного мозга, считывают активность нейронов и стимулируют их. На каждой нити толщиной от четырёх до шести микрометров (в десятки раз тоньше человеческого волоса) расположено по 32 электрода, всего система может включать до 3072 электродов на 96 нитях.

The New York Times сравнивает «нить» с жемчугом — электроды и датчики нанизываются на провода, изолированные материалом вроде целлофана. Они имплантируются в различные участки мозга и на разную глубину, ведь медицинские исследования и терапии фокусируются на разных частях мозга — центрах речи, зрения, слуха или движения.

Президент Neuralink Макс Ходак рассказал, что Neuralink «не появилась из ниоткуда» и опирается на множество исследований, посвящённых гибким «нитям», но превосходит аналоги по безопасности и объёму собираемых данных.

В 2006 году Мэтью Нэгл стал первым человеком, получившим мозговой имплантат от компании BrainGate — её разработали в Брауновском университете, одном из ведущих учебных заведений США.

После травмы позвоночника Нэгл оказался парализован, а устройство позволило ему управлять курсором на экране и играть в Pong. На обучение мужчина потратил четыре дня.

BrainGate использует массив микроэлектродных игл, в которых размещается до 128 электродов, и уступает Neuralink по объёму извлекаемых из мозга данных.

Более того, иглы жёсткие, что ограничивает число доступных нейронов, мешает долгосрочной работе и небезопасно для человека, поскольку мозг меняет форму. Тонкие полимерные «нити», отмечает исследователь Neuralink Филипп Сабес, решают эти проблемы.

Нейрохирургический робот

«Нити», из-за их гибкости, сложнее внедрить в кору головного мозга, чем иглы, поэтому Neuralink разработала специального робота, похожего на «смесь швейной машинки с микроскопом».

Он способен вставлять по шесть «нитей» в минуту с помощью специальных тонких игл и полностью автоматизирован. Тем не менее нейрохирург сохраняет полный контроль над операцией и может регулировать процесс вручную.

Робот размещает «нити» с электродами в непосредственной близости от нейронов, а система компьютерного зрения позволяет избежать проникновения иглы в кровеносные сосуды на поверхности мозга — это снижает вероятность воспалительной реакции организма на «внешние объекты».

Чтобы установить имплантаты хирургам приходится просверливать четыре восьмимиллиметровых отверстия в черепе, но инженеры Neuralink считают, что в будущем для проникновения сквозь череп можно приспособить лазер.

Чип обработки данных

По мнению Маска, одной из основных проблем взаимодействия человека с ИИ является пропускная способность. Neuralink избавляет человека от «прослойки» между мыслью и компьютером, так как отдавать команды через нейроинтерфейс куда быстрее, чем голосом или ручным вводом.

Но обилие информации и сложность её «считывания» через нейроинтерфейсы — это проблема, которую Neuralink хочет решить с помощью специального чипа. Он в реальном времени принимает сигналы с «нитей», усиливает их, очищает от шумов и оцифровывает.

У Neuralink есть два прототипа чипа с разными характеристиками по числу обрабатываемых каналов и мощности системы.

Сейчас чип может передавать данные только через проводное соединение по USB-C, но цель компании — беспроводная система, которую назвали N1 Sensor. По задумке фирмы, N1 Sensor будет встраиваться в организм человека и передавать данные по беспроводной связи внешнему устройству с аккумулятором, расположенному за ухом.

Датчиков будет четыре — три в моторной области коры мозга, а последний — в соматосенсорной системе. Управлять N1 Sensor можно будет через iPhone.

У чипа есть ещё одно применение — его разработали так, чтобы не только обрабатывать данные, но и стимулировать клетки мозга. Прямая стимуляция мозга с помощью имплантированных электродов позволяет лечить расстройства двигательной системы и эпилепсию. Но большинство нейроинтерфейсов не адаптируются к потребностям и ощущениям пациента.

Нейрохирурги и инженеры считают, что из-за этого недостатка стимуляция мозга не работает для лечения депрессии. Neuralink умеет анализировать данные с помощью машинного обучения и может адаптировать стимуляцию к потребностям пациента. В исследовании Neuralink признаёт, что «пока не демонстрирует эти возможности».

Испытания

Сегодня разработки тестируют на грызунах. В исследовательской работе Neuralink рассказывает о 19 операциях на крысах, в которых «нити» успешно разместили в 85,5% случаев, установив 1280 электродов (1020 работали одновременно).

Крысы обходили прямоугольную пластиковую клетку, наполненную деревянной стружкой, и искали кусок пармезана. Провод, подключённый к порту USB-C, передавал мозговую активность крысы исследователям: потрескивание нейронов было слышно через динамик, а программа записывала и измеряла силу мозговых колебаний.

Собираемых данных было в десять раз больше того, что по силам самым мощным современным датчикам, пишет Bloomberg.

15 июля компания показала The New York Times подключённую к лабораторным крысам систему, которая считывала информацию с 1500 электродов. Это в 15 раз лучше, чем в других современных системах, и такого объёма данных достаточно для научных исследований и медицинских применений, пишет издание.

В исследовании и официальной презентации приматы не упоминаются, но на секции вопросов и ответов Маск заявил, что обезьяна «смогла управлять компьютером с помощью своего мозга». Тест на примате подтвердили сотрудники.

Также компания готова провести первые испытания на людях, но для этого нужно найти пациентов и убедить в безопасности Министерство здравоохранения США.

Как проект оценивают эксперты и инвесторы

Спорный технологический прорыв

После презентации исследователи и учёные разобрали опубликованное Neuralink исследование и разделились во мнениях насчёт работоспособности и безопасности проекта.

Роботизированная платформа с интеграцией электродов и анализом активности с помощью специального ПО — это прорывной анонс, но очень рано говорить о том, насколько быстро получится безопасно использовать Neuralink на людях, пишет The Wall Street Journal.

Потенциал повреждения тканей мозга может стать одной из ключевых проблем, с которой столкнется Neuralink при отправлении заявки на клинические испытания в Министерство здравоохранения США, считает GeekWire.

Например, исследование не получало рецензий, в нём нет информации о том, как долго «нити» могут находиться в мозгу человека, нет ли воспалительной реакции на их внедрение и насколько длительна стабильная обработка сигналов нейронов.

По мнению нейробиолога Лорена Франка из Калифорнийского университета, крайне важно получить эту информацию, прежде чем разрешать испытания на людях. С ним соглашается разработчик нейроинтерфейсов Тим Харрис — современные технологии, по его словам, не приблизились к полноценному протезированию нейроинтерфейсов.

Также Bloomberg замечает, что даже если импланты функционируют должным образом, компании ещё нужно показать, что она может делать с ними и полученной информацией что-то полезное и безопасное. Например, предоставит методы лечения болезней с помощью Neuralink.

Neuralink заявила, что сейчас изучает реакцию мозга на внедрение «нитей» и их отторжение, но пока «не готова обнародовать данные».

Профессор Фрэнсис Крик из Института биологических исследований в Калифорнии отметил: гибкость «нитей» — это «существенный шаг вперёд» для нейроинтерфейсов. Но при этом Neuralink нужно доказать, что изоляция «нитей» продержится в мозговой среде достаточно долго, так как солевой раствор внутри мозга разрушает многие виды пластиков.

Нейробиолог Эндрю Хайрс, разобравший исследование Neuralink в серии твитов, впечатлился проделанной работой и подчеркнул, что продукт компании «выходит за рамки современного уровня техники».

Andrew Hires @AndrewHires вчера в 08:10

@elonmusk @USC Summary: Neuralink picked the best of existing lab technology and pushed it forward in a number of important dimensions, and most impressively has an integrated implantable product that goes beyond the current state of the art. Q&A time: My Q, Can we buy it for mice?

39

133

К нему присоединился научный сотрудник Google DeepMind и эксперт в области нейробиологии Адам Марблстоун. Он похвалил «хороший прогресс» по количеству каналов, доступных в «нити», процесс имплантации с помощью робота и разработанный чип.

По мнению Марблстоуна, проект «очень агрессивный» и пока непонятно, каким образом аппарат получает доступ к структуре под корой головного мозга. Neuralink, однако, может решить проблемы с гибкими электродами и привести к очень большому прогрессу в области нейробиологии и лечении, например, паралича, отмечает он.

Мнение инвесторов в нейробиологические исследования

Несмотря на интерес инвесторов и правительства США к области нейробиологических стартапов, не все рискуют вкладываться в имплантацию, пишет The Wall Street Journal. Соучредитель и управляющий партнёр Lux Capital Джошуа Вольф заявил, что «и думать не может о технологиях, предусматривающих сверление отверстий за ушами».

Глава венчурной компании Arkitekt Ventures Энке Башлари также считает, что для имплантируемых технологий нужны существенные меры безопасности, тогда как неинвазивные устройства могут «сыграть важную роль в усилении движений человека или его когнитивных способностей».

Но, признаёт Башлари, «неудовлетворённые медицинские потребности» нуждаются в технологиях, для которых нужно проникать внутрь человека.

«Проект должен учитывать две вещи — высокую пропускную способность и разрешение изображения. Он должен взаимодействовать с миллионами нейронов одновременно, и нужно точно знать, с каким нейроном работает. В настоящее время это можно сделать только инвазивно».

Энке Башлари

глава Arkitekt Ventures

В исследовании Neuralink говорится как раз об этом. По мнению Маска и его команды, неинвазивные способы тоже справляются с обработкой сигналов мозга, но делают это с сильным искажением сигнала и не могут работать точечно.

Президент Neuralink Макс Ходак признаёт: путь к развитию технологии будет очень долгим. Для начала компании необходимо не только разрешение на испытания, но и огромная поддержка со стороны инженеров и научных сотрудников. «У нас нет иллюзий по поводу того, что мы сможем самостоятельно проводить все научные исследования», — заявил он.

Ходак рассказал: когда Маск впервые обратился к нему с идеей запуска стартапа, он не был уверен в проекте, но его убедил энтузиазм бизнесмена.

Несмотря на мечты Маска о симбиозе с искусственным интеллектом, предприниматель тоже считает, что они только в самом начале и «Neuralink не начнёт неожиданно захватывать мозги людей через нейроинтерфейс».

Презентация и выход из «режима секретности», согласно словам Маска, сделаны не для «хайпа», а в первую очередь для поиска новых сотрудников, в которых очень нуждается Neuralink.