Также существует достаточное количество бионических протезов, напечатанных на 3D-принтере, которые выполняют косметические функции или функции «хвата», но они неспособны заменить функции утраченной конечности, т.е. малофункциональны (рис. 14).
Рис. 11. Система BioBolt, созданная в Мичиганском университете (США), может быть использована для управления активностью моторной зоны
коры мозга
Главной задачей практического применения технологии нейроинтерфейса является объединение известных технологий с целью помощи тяжелым инвалидам-спинальникам с нижним парапарезом или даже тетрапарезом конечностей путем создания экзоскелетов для самостоятельного передвижения пострадавших или путем создания бионических протезов, инвалидных колясок и роботизированных систем самообслуживания, управляемых мыслью.
Отдельного внимания среди нейроинтерфейсов последнего поколения заслуживает проект Neurograin, который можно перевести как «Нейрогранулы» или «Нейрозерна». Проектом руководит проф. инженерного дела Университета Л. Герберта Баллу, проф. физики Arto Nurmikko (Laiwalla at al., 2019). Ключевые технологии проекта Neurograin включают междисциплинарные исследования в области проектирования схем, разработки встроенных систем, микротехнологии, технологии интеграции и упаковки, радиочастотной связи, нейронного декодирования и нейрохирургии. Сами по себе «нейрозерна» это полностью беспроводные микромасштабные имплантаты, которые могут быть развернуты в единую систему для формирования крупномасштабной сети из несоединенных между собой, распределенных в заданном пространстве, двунаправленных узлов нейронных интерфейсов, способных к активной нейронной записи и электрической микростимуляции. Индивидуальный нейрозернистый микропроцессор имеет размер 100 микрон и объединяет микроэлектронные микросхемы, несущие в себе возможности для сбора радиочастотной энергии, нейронного зондирования, кортикальной микростимуляции и сложной сетевой двунаправленной беспроводной телеметрии, реализованной с использованием передовых технологий на базе дополнительных металл-оксидных полупроводников.
Устройства герметично закрыты для обеспечения долговременной надежности с использованием новых подходов к тонкослойной упаковке, что позволяет снизить накладные расходы на объем упаковки. Подача энергии и связь с сетью имплантатов управляются с помощью внешних носимых радиостанций по типу кожных пластырей, которые также способны обрабатывать данные в режиме реального времени для считывания нейронных данных и записи нейромодулирующей стимуляции. Задержка двусторонней связи в сети с тысячей каналов поддерживается в пределах физиологического разрешения (миллисекундная шкала).
Масштабируемость имплантируемых устройств нейроинтерфейса является критически узким местом в повышении производительности кортикальных интерфейсов «мозг компьютер» (BCI) за счет ограничений к доступу к высокоплотным и многозональным кортикальным сигналам. Этого сложно достичь, но можно реализовать с помощью использования монолитных конструкций из 100200 систем, часто с громоздкими дополнениями и упаковками, пространственно распределенными датчиками, недавно использованными группами, включая наличие лаборатории. F. Laiwalla, J. Lee, Ah-H. Lee et al. (2019) описали микромасштабный (500 мкм) программируемый нейронный стимулятор в контексте эпикортикальной беспроводной сетевой системы субмиллиметровых «нейрогранул» с беспроводным сбором энергии (около 1 ГГц) и двунаправленной телеметрией. Стимулирующие «нейрозерна» перед имплантацией для интеграции проходят постобработку поли (3,4-этилендиоксидиофен) полистиролсульфоната (PEDON: PSS); плоские электроды или интракортикальные проникающие микропровода, а также ансамбли микроустройств герметично инкапсулируются с использованием термокомпрессии жидкокристаллического полимера (LPC) для хронической имплантации. Управление радиочастотным питанием и телекоммуникациями осуществлялось с помощью переносного внешнего устройства Epidermal Skinpatch, чтобы обеспечить возможность для хронической имплантации. Авторы разработали технические характеристики нейрогранул и создали концепцию их применения у грызунов in vivo в лабораторных условиях, а также блок для обслуживания хронических функций имплантата в клинике.
Однако самое уникальное и самое нестандартное биотехнологическое решение проблемы интерфейса между мозгом человека и компьютером предложил один из самых публичных и неординарных людей Америки, да и, наверное, всего мира, миллиардер Илон Маск. Он хочет решить эту практически неразрешимую проблему современной неврологии и нейроинженерии путем создания уникального комплекса микроэлектродов и специализированного аппарата-робота для их внутримозговой имплантации. На собственные частные средства он собрал со всего мира команду высокопрофессиональных нейроученых (неврологов, биологов, математиков, физиков, биофизиков, нейрофизиологов и т.д.), которых обеспечил финансированием, дал им возможность привлечения и применения самых современных технологий и аппаратного инструментария и поставил перед ними задачу создания лучшего образца нейроинтерфейса в мире. Для этих целей им был создан стартап компания Neuralink. Есть мнение, что этот научный коллектив «обречен» на удачу и научный прорыв. Потому что именно Илон Маск сумел разработать, создать и запустить конвейер с самыми совершенными в мире электромобилями марки «Тесла», а также реализовал на практике космическую программу Национального космического агентства США по созданию космических кораблей многоразового использования, которую НАСА не могло реализовать несколько десятилетий после гибели их шаттла и его экипажа.
По словам Илона Маска, инвестировавшего не менее 100 млн долл. в проект нейроинтерфейса, стартапу Neuralink предстоит долгий путь, чтобы выпустить коммерческое устройство. На одном из русскоязычных сайтов (https://vc.ru/future/75737-sila-mysli-kak-rabotaet-neyrointerfeys-neuralink-ilona-maska-gde-primenim-i-chto-o-proekte-dumayut-eksperty) утверждается, что конечной целью стартапа компании Neuralink он видит «симбиоз искусственного интеллекта (ИИ) и человека». И. Маск считает, что это шанс спастись от угрозы порабощения человечества искусственным интеллектом!
17 июля 2019 г. предприниматель и изобретатель Илон Маск и руководители стартапа Neuralink впервые продемонстрировали проект своего нейроинтерфейса Link: он представляет собой «нити» -импланты для считывания информации из мозга и «швейного» робота-хирурга для их вживления. 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 4 до 6 мкм (в десятки раз тоньше человеческого волоса) расположено по 32 электрода, всего система может включать до 3072 электродов на 96 нитях. Они имплантируются в различные участки мозга и на разную глубину, т.к. цели медицинских исследований и терапии фокусируются на разных частях мозга центрах речи, зрения, слуха или движения. Основная цель Neuralink создание безопасного нейроинтерфейса, способного улавливать мозговую активность и обрабатывать сигналы без риска отторжения имплантата организмом. 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. В 2020 г. Neuralink планировал получить одобрение от Министерства здравоохранения США и вместе с нейробиологами из Стэндфордского университета провести первые испытания на пациентах с полным параличом, однако из-за пандемии коронавируса окончательные исследования пока не завершены.