На чем пытаются осуществить научный прорыв в неврологии и нейроинженерии Илон Маск и его команда признанных экспертов в нейронауках? Они создали что-то принципиально новое и нестандартное? Нет и еще раз нет! Идеи компании Neuralink не «появились из ниоткуда» и опираются на множество исследований, посвященных гибким «нитям», но превосходят аналоги по безопасности и объему собираемых данных. Это новый биотехнологический уровень продолжения ранее существующих исследований Брауновского университета по проекту BrainGate. «Нити-электроды из полимера» и робот для их имплантации это логичное завершение этого проекта. BrainGate использует массив микроэлектродных игл, в которых размещается до 128 электродов, и уступает Neuralink по объему извлекаемых из мозга данных. Более того, иглы жесткие, что ограничивает число доступных нейронов, мешает долгосрочной работе и небезопасно для человека, поскольку мозг движется внутри черепа. Тонкие полимерные «нити», по мнению исследователя из Neuralink Филиппа Сабеса, решают эти проблемы. «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 6 «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 8-миллиметровых отверстия в черепе, но инженеры Neuralink считают, что в будущем для проникновения сквозь череп можно использовать лазер.
По мнению Илона Маска, одной из основных проблем взаимодействия человека с искусственным интеллектом (ИИ) является пропускная способность. Neuralink избавляет человека от «прослойки» между мыслью и компьютером, т.к. отдавать команды через нейроинтерфейс куда быстрее, чем голосом или ручным вводом. Но обилие информации и сложность ее 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 2 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 инженеров, N1 Sensor будет встраиваться в организм человека и передавать данные по беспроводной связи внешнему устройству с аккумулятором, расположенному за ухом. Датчиков будет 4: три в моторной области коры мозга, а последний в соматосенсорной системе. Управлять N1 Sensor можно будет через iPhone. У чипа есть еще 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 исследованиях компания Neuralink признает, что «пока не демонстрирует эти возможности».
Разработки компании Neuralink были оттестированы на грызунах и трех поросятах. 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, подключенный 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 10 раз больше того, что по силам самым мощным современным датчикам, пишет Bloomberg. 15 июля компания показала журналистам The New York Times подключенную к лабораторным крысам систему, которая считывала информацию с 1500 электродов. Это в 15 раз лучше, чем в других современных системах, и такого объема данных достаточно для научных исследований и медицинских применений, как пишет издание. В исследовании и официальной презентации приматы не упоминаются, но на секции вопросов и ответов И. Маск заявил, что обезьяна «смогла управлять компьютером с помощью своего мозга».
11 апреля 2021 г. в официальном ютьюб-аккаунте Neuralink появилось видео, на котором макака по имени Пейджер с помощью нейроинтерфейса управляет компьютером. Эксперимент на вид довольно прост. В качестве положительного подкрепления используется банановый смузи, подающийся по длинной трубочке. Если обезьяна наводит курсор на цветной квадрат, она получает порцию лакомства. Игра довольно простая: нужно попасть указателем в цель. Поначалу нейроинтерфейс калибруется: подопытное животное управляет курсором с помощью джойстика, а компьютер анализирует возникающую при этом электрическую активность мозга. Но затем происходит настоящая фантастика джойстик физически отключается от компьютера. Обезьяна продолжает двигать им, однако на указатель этот сигнал уже не передается, управление им осуществляется интерфейсом «мозг компьютер». Задание по-прежнему выполняется, поскольку нервные импульсы остаются теми же и Neuralink просто интерпретирует их в движение курсора на экране. Анализ этого материала представлен на сайте «Врачи РФ» (https://vrachirf.ru/concilium/87996.html?utm_source=vrch&utm_medium=dstr_35&utm_campaign=msg_10099).
При внимательном просмотре ролика можно заметить, что в некоторых случаях указатель попадает на квадрат даже раньше, чем рука макаки перемещает джойстик. Ну а пару раз система дает небольшой сбой и прицелиться получается не сразу.
Зрителям показали и вторую игру, которая еще интереснее. В ней джойстик совсем не используется: обезьяна должна управлять ракеткой в пинг-понге только мысленно. По словам диктора, это развлечение обезьяна Пейджер любит гораздо больше.
Как отмечает закадровый голос, имплантация нейроинтерфейса состоялась примерно за 6 недель до съемок. Пейджер получила сразу 2 модуля Neuralink, по одному на каждое полушарие. Причем единственное, что выдает недавнюю операцию, не до конца отросшие волосы. Сами небольшие «таблетки» многообещающего устройства внедряются в череп заподлицо с внешней поверхностью кости. После заживления швов имплантация интерфейса «мозг компьютер» внешне будет совсем незаметна. Имплантат Neuralink заряжается беспроводным путем и подключается к любому совместимому устройству по bluetooth. Набор данных, который он передает, можно увидеть в нескольких кадрах первого ролика или гораздо подробнее во втором. На нем спектрограмма считываемых нейроинтерфейсом сигналов синхронизирована с записью играющей в пинг-понг обезьяны. Это дополнительное видео компания разместила в своем блоге, подробно описывающем текущие достижения проекта. Впечатляющий ролик заканчивается активной агитацией стать частью команды Neuralink. По словам диктора, несмотря на все достижения стартап по-прежнему сталкивается со множеством трудностей, требующих при решении творческого подхода. И это неудивительно. В подобных исследованиях все далеко не всегда идет по плану, к тому же специфика разработок на стыке информатики и медицины требует множества согласований, разрешений и большой доли осторожности в своих действиях.