Мозговой имплант размером с монету многие назвали технологическим прорывом. Это действительно так?

Вы когда-нибудь видели свинью на беговой дорожке? Если нет, то новая презентация компании Neuralink с Илоном Маском в главной роли даст вам такую возможность. В мозг свиньи вживлен крошечный имплант с тысячей электродов — он считывает активность напрямую из мозга и очень точно предсказывает движение всех конечностей. В будущем, как мечтает Маск, разработка будет служить на благо всего человечества и поможет нормально жить тем, кого коснутся заболевания нервной системы: болезни Альцгеймера или Паркинсона, инсульты, частичный или полный паралич из-за травм, потеря слуха или зрения и так далее.

Впрочем, технологию только готовятся протестировать на людях; первыми должны стать пациенты с частичным параличом. Пока что Neuralink — что-то среднее между классическим стартапом и научной лабораторией. Компания была основана в 2016 году, в нее вложили $158 млн (из них $100 млн — это деньги Маска). Год назад она поделилась первыми результатами. Это были концепты самого импланта, роботизированной хирургической установки и результаты тестирования устройства на крысах. А на прошлой неделе Маск показал сам имплант, робота-хирурга и, что самое важное, работу нейроинтерфейса в мозге животного — на этот раз свиньи.

Что нужно знать про Neuralink

Свиней на презентации, как в известной сказке, было трое. У одной из них — ее звали Гертруда — нейроимплант стоял уже два месяца. У другой его извлекли некоторое время назад. Третья была вполне обычной, некиборгизированной свиньей. Внешне их было не отличить — все трое активно рыскали пятачками в поисках лакомства. За пятачок Гертруды как раз отвечали нейроны, связанные с имплантом — каждый раз, когда пятачок с чем-то соприкасался, было слышно звуки активных нейронов.

Главное достоинство импланта Neuralink — это его размер. Устройство не больше крупной монеты — 8 миллиметров в толщину и 23 в диаметре. На нем разместили чип, который считывает и обрабатывает информацию с 1024 электродов. Каждый такой электрод в четыре раза тоньше человеческого волоса. Подобно нити он вплетается напрямую в мозг и вступает в контакт с несколькими нейронами. В импланте будут и уже привычные нам технологии — беспроводная зарядка и синхронизация по bluetooth со смартфоном. Последнее позволит создавать мобильные приложения для нейроинтерфейса.

Главный недостаток устройства — это, конечно, то, что оно предполагает создание дырки в черепе, пускай и размером с монету. Но это особенность не конкретного импланта Neuralink, а всех так называемых инвазивных нейроинтерфейсов. В неинвазивных технологиях, например, ЭЭГ, сигнал собирается с огромного количества нейронов плюс сильно зашумляется черепом, кожей и мышцами. Прямой контакт с мозгом дает несопоставимо больше возможностей, особенно для стимуляции.

Сравнивать Neuralink имеет смысл с аналогичными инвазивными нейроинтерфейсами. Они, как правило, выглядят весьма громоздко — торчащие из черепа, с массивными усилителями и подключенные к толстым проводам. Да и сами импланты не отличаются гибкостью. Одно из таких устройств — весьма распространенное Utah Array — хирург загоняет в мозг буквально ударом молоточка. При этом в нем всего 100 каналов.

На этом фоне Neuralink выглядит намного элегантнее. Их продукт — это не только сам имплант, но еще и полностью роботизированная система по его установке. Над ней помимо Neuralink трудились промдизайнеры из агентства Woke Studio, а консультантами выступили практикующие хирурги.

Робот-хирург сперва делает отверстие в черепе. Дальше он работает по принципу швейной машины — вставляет гибкие нити электродов внутрь мозга, минуя сосуды и артерии. Поэтому операции проходят бескровно. По словам Маска, нейрохирургическая швейная машина позволит сделать так, чтобы операция занимала около часа, проходила без общей анестезии, а человек мог выйти из больницы в тот же день.

«У меня мог бы сейчас стоять Neuralink, и вы бы даже не заметили, — шутил во время презентации Маск. — А может, он и стоит».

Что о разработке говорят ученые

Александр Каплан (ПСИХОФИЗИОЛОГ, ПРОФЕССОР МГУ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА. ОСНОВАТЕЛЬ ПЕРВОЙ В РОССИИ ЛАБОРАТОРИИ ПО НЕЙРОКОМПЬЮТЕРНЫМ ИНТЕРФЕЙСАМ)

В прошлом году Илон Маск презентовал своего рода «швейную машинку» для быстрого и автоматизированного вживления в мозг сверхтонких электродов, позволяющих создать в мозгу до нескольких десятков тысяч контактов с нервными клетками. Это очень большое достижение. В других электродных комплексах всего 100 электродов. Тогда же пообещали, что на презентации через год, то есть в 2020 году, будет представлен пример нейроинтерфейса, реализованный на человеке.

Маск выполнил свое обещание, можно сказать, на четверть. Он действительно представил свою электродную систему в действии, но на свинье. Нам показали технологию, которая заработала вживую, и робота, который осуществляет всю процедуру. Это очень важное технологическое достижение на пути к созданию плотного электронного контакта мозга. Однако именно нейроинтерфейс Илон Маск не продемонстрировал.

Это и понятно: чтобы обеспечить настоящий информационный канал связи на линии мозг-компьютер или мозг-искусственный интеллект, нужно сначала расшифровать коды сообщений между нервными клетками. В этом отношении, похоже, наработки Илона Маска ничем не отличаются от того, что уже сделано в десятках других лабораторий, в том числе и в России.

Мне представляется, что первым настоящим нейроинтерфейсом, который все еще не под силу современной науке, должен стать нейрошунт «мозг-интерфейс-спинной мозг» для спинальных пациентов. Мысленное желание пациента шагнуть будет декодировано по активности нейронов коры головного мозга и передано через нейроинтерфейс к стимулятору нейронов спинного мозга. Подходы к этому уже есть, но не хватает тех высоких технологий, которые создает Илон Маск. Думаю, в следующем году эта революционная в медицинской реабилитации задача будет решена компанией Neuralink.

Важно сказать, что глубинными электродами технологии нейроинтерфейсов не ограничиваются. Есть новые эвристические идеи для создания быстродействующего и широкополосного канала «мозг-искусственный интеллект». Одна из идей — это не расшифровка природных кодов нервных клеток, а создание условий для выработки нового языка общения между мозгом человека и инструментами искусственного интеллекта. Теоретически это возможно, если мозг «почувствует», что изменяя активность нервных клеток, которые находятся на связи с компьютером, можно «добиться» нужных для организма действий во внешней среде, например, получить чашку кофе, или включить любимую музыку. При этом, искусственная нейросеть, которая анализирует потоки нервных импульсов тоже должна идти навстречу мозгу, минимальным числом ходов пытаясь догадаться о потребности организма на данный момент. Сколь длительной должна быть подобная адаптация мозга и искусственного интеллекта для взаимного понимания простых вещей пока не ясно, но если процесс стартует, то далее все пойдет по нарастающей, как у ребенка, впервые осваивающего речь.

Мы этим сейчас заняты вместе с исследователями из Института перспективных исследований мозга в МГУ, Высшей школы экономики, Сколковского технологического института и целого ряда других заинтересованных организаций. Это мультидисциплинарная тема не только для медиков и психофизиологов, но и для инженеров, программистов, математиков. Конечно, в этой области сейчас нарастает конкуренция с учеными западного мира. Но, похоже, проблема сложная, и одолеть ее удастся только общими усилиями.

Михаил Лебедев (НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ ЦЕНТРА БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИНТЕРФЕЙСОВ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ ЭКОНОМИКИ. ВЕДУЩИЙ РАЗРАБОТЧИК ДВУНАПРАВЛЕННЫХ НЕЙРОИНТЕРФЕЙСОВ, БЫЛ НАУЧНЫМ РУКОВОДИТЕЛЕМ НЕСКОЛЬКИХ СОТРУДНИКОВ NEURALINK)

Прежде всего впечатляет миниатюрность изделия и способность к беспроводной коммуникации. Важно, что устройство полностью имплантируется и провода из головы не торчат, как в предыдущих клинических испытаниях подобных имплантатов на людях.

Еще одно важное достоинство нейроинтерфейса Neuralink — его двунаправленность, то есть можно и записывать активность нейронов, и электрически стимулировать их через те же электроды.

Но c точки зрения нейронауки, а не технологий, в этой презентации нового мало. Беспроводная многоканальная регистрация уже делалась — есть работы 2014 и 2016 годов. Декодирование ходьбы, которое они показали на свинье, демонстрировали на обезьяне больше десяти лет назад. В общем-то, даже разговоры про «телепатию» — что можно будет передавать информацию напрямую из мозга в мозг — это вполне конкретные уже реализованные научные проекты, в том числе на людях.

О качестве записи сигналов на чип не могу судить — этого не показали. Я не увидел доказательства, что они пишут разряды отдельных нейронов — потенциалы действия не показаны. Это важно, потому что это разное качество записи: отдельные нейроны и то, что называется miltiunit activity. Второе, как правило, грязная запись, где один электрод записывает 5–10 нейронов плохого качества плюс просто шум.

Самое главное препятствие к дальнейшему прогрессу — это проблема биосовместимости, которая пока не решена. Это даже важнее количества электродов и мощности процессоров на чипе. Когда вы вставляете в мозг чужеродный предмет, он пытается от него отгородиться. Например, из нашего опыта с обезьянами — первые две недели все может быть нормально, а дальше начинается глиоз. Клетки глии покрывают нейроны, и в результате качество сигнала в нейроинтерфейсе заметно ухудшается. Свинья ходит с имплантом Neuralink два месяца — это недолгий срок. Но все равно текущие разработки компании важны и полезны, у них есть перспективы дальнейшего развития и по науке, и по клиническим приложениям.Автор: П.Акимов