Ноланд Арбо має комп’ютерний чіп, вбудований у його череп, і масив електродів у його мозку. Але Арбо, перший користувач інтерфейсу «мозок-комп’ютер» Neuralink (BCI), каже, що він не знав би про наявність апаратного забезпечення, якби не пам’ятав, як проходив операцію. «Якби я втратив пам’ять і прокинувся, а ви сказали мені, що в мій мозок щось імплантовано, я б, напевно, вам не повірив», — каже 30-річний житель Арізони, який був паралізований нижче. посередині шиї після нещасного випадку під час плавання у 2016 році. «Я не відчуваю цього — неможливо сказати, що це там, якщо хтось не піде і фізично не штовхне це».
Чіп Neuralink може бути фізично непомітним, але Арбо каже, що він мав великий вплив на його життя, дозволяючи йому «відновити зв’язок зі світом». У січні йому зробили роботизовану операцію, щоб отримати імплантат N1, також званий «Посиланням», під час першого схваленого випробування Neuralink на людях.
BCI існують десятиліттями. Але через те, що технолог-мільярдер Ілон Маск володіє Neuralink, компанія отримала величезну увагу. Це викликало відновлений інтерес громадськості до технології, яка може значно покращити життя тих, хто живе з тетраплегією, таких як Арбо, а також людей з іншими вадами чи нейродегенеративними захворюваннями.
BCI реєструють електричну активність у мозку та перетворюють ці дані на вихідні дії, такі як відкривання та закривання роботизованої руки або клацання комп’ютерною мишею. Вони відрізняються своєю конструкцією, рівнем інвазивності та роздільною здатністю інформації, яку вони збирають. Деякі виявляють електричну активність нейронів за допомогою повністю зовнішніх матриць електроенцефалограм (ЕЕГ), розміщених над головою суб’єкта. Інші використовують електроди, розміщені на поверхні мозку, щоб відстежувати нейронну активність. Крім того, є інтракортикальні пристрої, які використовують електроди, імплантовані безпосередньо в тканину мозку, щоб підійти якомога ближче до цільових нейронів. До цієї категорії відноситься імплантат Neuralink.
Захоплення нейронної активності схоже на спробу записати розмову між двома людьми на переповненому стадіоні, каже Дуглас Вебер, інженер-механік і нейробіолог з Університету Карнегі-Меллона. Щоб почути щось більше, ніж гуркіт натовпу, вам потрібно наблизитися до людини, яка говорить. «Чим далі ви знаходитесь від того, хто говорить, тим більш змішаними та заплутаними стають розмови», — пояснює він. Neuralink вставляє електроди в моторну кору головного мозку, що контролює рухи, розташовуючи «сенсори прямо біля окремих нейронів, які розмовляють».
Neuralink не перший, хто зробив це. Пристрій під назвою Utah Array — крихітна прямокутна сітка кремнієвих шипів — є стандартною системою електродів для інтракортикальних ІМК. Він був розроблений професором біоінженерії з Університету Юти Річардом Норманном у 1990-х роках; у 2004 році Метью Неґл був першою людиною, яка використала BCI Utah Array для керування курсором своїми думками. Конструкція Neuralink, заснована на попередніх дослідженнях мікропроводів, також не є першою, яка замінила жорсткий масив Юта мережею тонких гнучких ниток, які мають електроди по своїй довжині.
Однак компанія Neuralink об’єднала численні досягнення в один імплантований інтракортикальний бездротовий пристрій. «Вони взяли найкраще з усього, що я бачив, і зібрали все разом», — каже Дженніфер Коллінгер, біомедичний інженер і доцент Піттсбурзького університету.
Дані в дію
Круговий електронний концентратор Link з’єднується з 64 надтонкими нитками, які містять загалом 1024 електроди. Це приблизно в 10 разів більше електродів, ніж матриця Юти (хоча в мозок однієї людини було імплантовано відразу кілька матриць Юта). Link передає стислі нейронні дані з мозку через Bluetooth, а алгоритм, налаштований на унікальні нейронні шаблони користувача, перетворює ці дані в дію.
Арбо каже, що він зміг рухати цифровий курсор протягом тижня після операції з імплантації. Він робить це двома способами. Є те, що він описує як «спробу руху» — або просто бажання паралізованої кінцівки робити те, що вона більше не може. Стимулюючи рухи м’язів у своїй руці (які, за його словами, все ще можуть спричиняти легке ворушіння) і виконуючи розумові рухи використання миші цією рукою, він може переміщувати курсор по екрану з невеликими зусиллями. «Це дуже інтуїтивно зрозуміло, — каже Арбо.
Він також виявив, що, дивлячись на курсор і уявляючи шлях, яким він хотів би пройти, він дає змогу переміщатися по екрану. Він називає це «уявним рухом». Він використовує обидва методи, часто в поєднанні один з одним. Перше трохи більше фізично обтяжує, тоді як друге вимагає додаткової розумової концентрації. Але обидва дозволяють працювати одночасно: Арбо може розмовляти або їсти одночасно з комп’ютером.
До імплантату, якщо Арбо хотів скористатися комп’ютером, він робив це за допомогою голосової команди або переміщення палички для рота по сенсорному екрану (для цього потрібно було, щоб хтось допоміг йому зайняти позицію). Але зі своїм BCI Арбо каже, що він здатний робити більше — швидше, самостійно та комфортніше. Використання найкращих BCI «має бути таким же природним, як і працездатні, добровільні рухи», — каже Лі Гохберг, лікар нейроінтенсивної терапії та нейробіолог з Університету Брауна, Массачусетської загальної лікарні, Гарвардської медичної школи та системи охорони здоров’я штату Вірджинія Провіденс. У своїй роботі він провів численні дослідження BCI на людях, включаючи деякі дослідження для Neuralink. Гохберг каже, що іноді він оцінює, наскільки добре працює пристрій, за тим, наскільки мало предмет може описати досвід користувача. «Якщо наші учасники не можуть точно розповісти нам, як вони щойно щось зробили, — каже він, — ми знаємо, що ми на правильному шляху».
Neuralink стверджує, що Arbaugh побив рекорди щодо керування курсором BCI і досяг восьми біт на секунду, показник, який включає як швидкість, так і точність. (Neuralink випустила тест керування курсором, завдання квадратика, якщо ви хочете порівняти свою здатність зі здатністю Арбо.) Арбо каже, що використовує свій пристрій годинами, щоб переглядати веб-сторінки, надсилати текстові повідомлення, прокручувати соціальні мережі. медіа, навігація в програмах і, можливо, найважливіше, грати у відеоігри. Онлайн-шахи та стратегія створення світу Civilization VI були його улюбленими.
За його словами, пристрій має один неминучий недолік: його потрібно регулярно заряджати, перериваючи його ігрові сесії. Щоб зарядити свій імплантат, Арбо надягає капелюх із вбудованим бездротовим зарядним пристроєм — це велика зміна в порівнянні з плагінами BCI, які досі використовуються в багатьох дослідженнях. В іншому випадку використання Link було здебільшого безперебійним, каже він, за винятком того моменту, коли в лютому воно майже перестало працювати.
Втягування ниток
Приблизно через місяць після операції Арбо втратив значну функціональність свого імплантату. Спочатку він подумав, що це помилка програмного забезпечення, але незабаром команда Neuralink повідомила йому, що це апаратна проблема. За словами Арбо, аналіз електродних сигналів Neuralink показав, що 85 відсотків ниток його імплантату «втягнулися» або зрушили з місця. Neuralink вперше публічно повідомив про проблему в дописі в блозі 8 травня, через кілька місяців після виявлення невдачі. (Neuralink не відповів на запитання Scientific American про відтягнення потоку.)
«З цим було справді важко змиритися», — каже Арбо. «Я просто впивався в нього зубами. Я досяг цього високого місця. І через місяць [відчувалося, що це] все впаде».
Вебер зазначає, що можливість такого розчарування та тривоги є одним із «найбільших ризиків» у дослідженнях BCI людини. «Уявіть собі стрес, коли ви вперше пережили травму хребта. А тепер уявіть, що доведеться пройти через це знову», — каже він.
Налаштувавши алгоритм системи, щоб реагувати на електроди, які все ще передають дані, Neuralink вдалося відновити більшу частину функціональності свого імплантату, каже Арбо. Відтоді він продемонстрував свою майстерність у веденні курсора у демонстраційних відео та каже, що повернувся до побиття рекордів швидкості. Але деякі виправлення вимагали творчих рішень. Інженери Neuralink створили систему, в якій Арбо робить вибір на екрані, наводячи курсор на місце протягом 0,3 секунди замість клацання. «Ми плануємо повернутися до одного клацання, де я ініціював це», — каже він. Але цього ще не сталося.
Також компанія не опублікувала офіційний науковий звіт про досвід Арбо. Це обмежує те, наскільки багато можна зрозуміти про технологію на цей час, каже Джордж Малліарас, інженер, який керує лабораторією біоелектроніки в Кембриджському університеті. Незрозуміло, чому або наскільки нитки втягнулися, чи їхня позиція продовжувала зміщуватися, чи нитки, що залишилися, стабілізувалися, зазначає Малліарас. «Ми повинні дочекатися публікації документів із даними», — каже він.
Тим часом Управління з контролю за продуктами й ліками США схвалило плани Neuralink продовжити клінічне випробування та імплантувати другий пристрій іншій людині. Компанія спробує вирішити проблему втягування, імплантувавши нитки N1 глибше, ніж вони були розміщені в корпусі Арбо (вісім міліметрів проти трьох-п’яти міліметрів), як вперше повідомила Wall Street Journal. «Це стратегія, яку варто перевірити, якщо припустити, що вона не змінює профіль безпеки», — каже Вебер. «Вони б не робили цього, якби FDA не вважало, що це нормально, тому це має бути те, що вже було схвалено в їхньому протоколі. Сподіваюся, це вирішить проблему».
Однак Арбо не збентежений невдачею. На його думку, все, через що він пройшов, має певну мету: покращити технологію для інших. «Вся мета цього дослідження полягала в тому, щоб з’ясувати, що працює, а що ні», — каже він. Кожна частина інформації, яку збирає Neuralink, доповнює пул даних, який одного разу може стати причиною досягнення деяких із найамбітніших цілей дослідників BCI: відновлення руху паралізованих кінцівок або зору сліпим. «Я намагаюся тримати свої очікування досить обґрунтованими», — каже він. Але, здається, ситуація в області BCI швидко змінюється. Він радий бути одним із перших і радіє, що наступна людина отримає щось ще краще.
