У Ноланда Арбо в черепе встроен компьютерный чип, а в мозгу — массив электродов. Но Арбо, первый пользователь интерфейса «мозг-компьютер» Neuralink, или BCI, говорит, что не узнал бы, что оборудование там было, если бы не помнил, как проходил операцию. «Если бы я потерял память и проснулся, а вы сказали бы мне, что что-то имплантировано в мой мозг, то я бы, наверное, вам не поверил», — говорит 30-летний житель Аризоны, которого парализовало внизу. середина шеи после несчастного случая при плавании в 2016 году. «Я не ощущаю этого — не могу сказать, что оно там, если только кто-то не пойдет и не надавит на него физически».
Чип Neuralink может быть физически незаметным, но Арбо говорит, что он оказал большое влияние на его жизнь, позволив ему «воссоединиться с миром». В январе он перенес роботизированную операцию по установке имплантата N1, также называемого «Связь», в рамках первого одобренного испытания Neuralink на людях.
BCI существуют уже несколько десятилетий. Но поскольку Neuralink владеет технолог-миллиардер Илон Маск, компания получила огромное внимание. Это возобновило общественный интерес к технологии, которая могла бы значительно улучшить жизнь людей, живущих с квадриплегией, таких как Арбо, а также людей с другими ограниченными возможностями или нейродегенеративными заболеваниями.
BCI записывают электрическую активность в мозге и преобразуют эти данные в выходные действия, такие как открытие и закрытие роботизированной руки или щелчок компьютерной мышью. Они различаются по конструкции, уровню инвазивности и разрешению собираемой информации. Некоторые обнаруживают электрическую активность нейронов с помощью полностью внешних массивов электроэнцефалограмм (ЭЭГ), помещенных над головой субъекта. Другие используют электроды, размещенные на поверхности мозга, для отслеживания нейронной активности. Кроме того, существуют интракортикальные устройства, в которых используются электроды, имплантированные непосредственно в ткань мозга, чтобы максимально приблизиться к целевым нейронам. Имплантат Neuralink попадает в эту категорию.
Захват нейронной активности может быть похож на попытку записать болтовню между двумя людьми на переполненном стадионе, говорит Дуглас Вебер, инженер-механик и нейробиолог из Университета Карнеги-Меллон. Чтобы услышать что-то большее, чем рев толпы, нужно подойти поближе к говорящему. «Чем дальше вы находитесь от говорящего, тем более запутанными и запутанными становятся разговоры», — объясняет он. Neuralink вводит электроды в моторную кору головного мозга, контролирующую движение, располагая «датчики прямо рядом с отдельными нейронами, которые разговаривают».
СВЯЗАННЫЙ: Специалисты по этике предупреждают, что Neuralink Илона Маска непрозрачен и может быть уязвим для взлома
Neuralink не первый, кто это делает. Устройство под названием Utah Array — крошечная прямоугольная сетка из кремниевых шипов — является стандартной электродной системой для внутрикорковых ИМК. Он был разработан профессором биоинженерии Университета Юты Ричардом Норманом в 1990-х годах; В 2004 году Мэтью Нэгл был первым человеком, который использовал BCI Utah Array для управления курсором с помощью своих мыслей. Конструкция Neuralink, основанная на предыдущих исследованиях микропроводов, также не является первой, которая заменяет жесткую решетку Юты сетью тонких гибких нитей, имеющих электроды по всей длине.
Что такое Нейралинк имеет Однако задача заключается в том, чтобы объединить многочисленные достижения в одно имплантируемое интракортикальное беспроводное устройство. «Они как бы взяли лучшее из всего, что я видела, и соединили все воедино», — говорит Дженнифер Коллинджер, биомедицинский инженер и доцент Питтсбургского университета.
Данные в действие
Круглый электронный концентратор Link соединен с 64 сверхтонкими нитями, содержащими в общей сложности 1024 электрода. Это примерно в 10 раз больше электродов, чем у Массива Юты (хотя в мозг одного человека было имплантировано несколько Массивов Юты одновременно). Link передает сжатые нейронные данные из мозга через Bluetooth, а алгоритм, настроенный на уникальные нейронные шаблоны пользователя, преобразует эти данные в действие.
Арбо говорит, что смог передвигать цифровой курсор уже через неделю после операции по имплантации. Он делает это двумя способами. Это то, что он описывает как «попытку движения» — или просто желание парализованной конечности сделать то, что она больше не может. Заставляя двигаться мышцы руки (которые, по его словам, все еще могут вызывать легкие покачивания) и совершая мысленные движения этой рукой при использовании мыши, он может перемещать курсор по экрану без особых усилий. «Это очень интуитивно понятно», — говорит Арбо.
Он также обнаружил, что, глядя на курсор и представляя желаемый путь, он может перемещаться по экрану. Он называет это «воображаемым движением». Он использует оба метода, часто в сочетании друг с другом. Первый вариант немного более утомителен физически, а второй требует дополнительной умственной концентрации. Но оба позволяют выполнять несколько задач одновременно: Арбо может говорить или есть одновременно с работой на компьютере.
До имплантации, если Арбо хотел использовать компьютер, он делал это с помощью голосовой команды или перемещения палочки для рта по сенсорному экрану (что требовало, чтобы кто-то помогал ему занять положение). Но Арбо говорит, что благодаря своему BCI он может делать больше — быстрее, независимо и с большим комфортом. Использование лучших BCI «должно ощущаться так же естественно, как и произвольные движения трудоспособного человека», — говорит Ли Хохберг, врач нейрореанимации и нейробиолог из Университета Брауна, Массачусетской больницы общего профиля, Гарвардской медицинской школы и системы здравоохранения штата Вирджиния. В своей работе он провел множество испытаний и исследований BCI на людях, в том числе некоторые исследования для Neuralink. Хохберг говорит, что иногда он оценивает, насколько хорошо работает устройство, по тому, насколько мало испытуемый может описать пользовательский опыт. «Если наши участники не могут точно сказать нам, как они что-то сделали, — говорит он, — мы знаем, что находимся на правильном пути».
Neuralink утверждает, что Арбо побил рекорды по управлению курсором BCI и достиг восьми бит в секунду — показателя, который включает в себя как скорость, так и точность. (Neuralink выпустила свой тест управления курсором, задачу щелчка по квадрату, если вы хотите сравнить свои способности со способностями Арбо.) Арбо говорит, что он использует свое устройство часами, чтобы просматривать веб-страницы, отправлять текстовые сообщения, пролистывать социальные сети. мультимедиа, перемещайтесь по приложениям и, что, возможно, самое главное, играйте в видеоигры. Онлайн-шахматы и стратегическая игра по построению мира Civilization VI были его любимыми.
По его словам, у устройства есть один неизбежный недостаток: его нужно регулярно заряжать, прерывая игровые сессии. Чтобы включить свой имплант, Арбо надевает шляпу со встроенным беспроводным зарядным устройством — большое отличие от подключаемых модулей BCI, которые до сих пор используются во многих исследовательских учреждениях. В остальном, по его словам, использование Link было в основном гладким, за исключением случая, когда в феврале он почти перестал работать.
Втягивание нитей
Примерно через месяц после операции имплантат Арбо потерял значительную функциональность. Сначала он подумал, что это программная ошибка, но вскоре команда Neuralink сообщила ему, что это аппаратная проблема. По словам Арбо, анализ сигналов электродов, проведенный Neuralink, показал, что 85 процентов нитей его имплантатов «втянулись» или сместились со своего места. Neuralink впервые публично сообщила об этой проблеме в своем блоге 8 мая, через несколько месяцев после того, как была обнаружена неудача. (Neuralink не ответил на Научный американский вопросы по поводу втягивания темы.)
«С этим было действительно трудно смириться», — говорит Арбо. «Я просто впился в это зубами. Я достиг этого высокого места. И через месяц это [felt like it] все рухнет».
Вебер отмечает, что возможность такого разочарования и беспокойства является одним из «самых больших рисков» в исследованиях BCI на людях. «Представьте себе стресс от первой травмы спинного мозга. А теперь представьте, что вам придется пережить это снова», — говорит он.
По словам Арбо, настроив алгоритм системы так, чтобы он реагировал на электроды, которые все еще передавали данные, Neuralink смог восстановить большую часть функциональности своего имплантата. С тех пор он продемонстрировал свое мастерство управления курсором в видеодемонстрациях и говорит, что снова бьет рекорды скорости. Но некоторые исправления потребовали творческих решений. Инженеры Neuralink создали систему, в которой Арбо делает выбор на экране, наводя курсор на место на 0,3 секунды вместо щелчка. «Мы планируем вернуться к одному щелчку мыши, когда я его инициирую», — говорит он. Но этого еще не произошло.
Компания также не опубликовала официального научного отчета об опыте Арбо. «Это ограничивает то, насколько многое можно понять об этой технологии на данный момент», — говорит Джордж Маллиарас, инженер, возглавляющий лабораторию биоэлектроники в Кембриджском университете. Неясно, почему и насколько далеко втянулись нити, продолжает ли их положение меняться или стабилизировались ли оставшиеся нити, отмечает Маллиарас. «Нам придется подождать, пока будут опубликованы документы с данными», — говорит он.
Тем временем Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США дало зеленый свет планам Neuralink продолжить клинические испытания и имплантировать второе устройство другому человеку. Компания попытается решить проблему ретракции, имплантировав резьбу N1 глубже, чем она была размещена в случае Арбо (восемь миллиметров против трех-пяти миллиметров), как впервые сообщило Уолл Стрит Джорнал. «Эту стратегию стоит протестировать, если предположить, что она не изменит профиль безопасности», — говорит Вебер. «Они бы этого не сделали, если бы FDA не считало, что это нормально, поэтому это должно быть что-то, что уже одобрено в их протоколе. Надеюсь, это решит проблему».
Арбо, однако, не обескуражена неудачей. По его мнению, все, через что он прошел, имеет цель: улучшить технологию для других. «Вся цель этого исследования заключалась в том, чтобы выяснить, что работает, а что нет», — говорит он. Каждый бит информации, которую собирает Neuralink, пополняет пул данных, которые однажды могут помочь исследователям BCI достичь некоторых из самых амбициозных целей: восстановить движение парализованных конечностей или зрение слепых. «Я стараюсь, чтобы мои ожидания были достаточно обоснованными», — говорит он. Но ситуация в сфере BCI, похоже, быстро меняется. Он рад быть среди первых и с нетерпением ждет, когда следующий получит что-то еще лучше.
Эта статья была впервые опубликована на Научный американец. © ScientificAmerican.com. Все права защищены. Следовать по ТикТок и Инстаграм, Икс и Фейсбук.
