29 августа 2020 года IT-предприниматель Илон Маск презентовал чип от компании Neuralink. Маск сообщил, что вскоре с помощью устройства будут лечить нейродегенеративные заболевания: болезни Паркинсона или Альцгеймера. Также он поможет следить за весом, депрессивными эпизодами и даже управлять биопротезами или водить автомобиль.
В январе 2024 года прошла первая имплантация Neuralink в головной мозг человека. Добровольцем стал Нолан Арбо, чье тело до плеч парализовало восемь лет назад.
Рассказываем в статье, что дальше случилось с Ноландом, как работает чип и при чем тут программирование.
История Нолана: до и после
Более восьми лет назад с Ноланом Арбо произошел несчастный случай во время дайвинга. Мужчина утратил способность двигаться и обслуживать себя. Речевые центры не пострадали, но для работы с компьютером и в интернете Арбо использовал специальный стик, который зажимал губами.
Арбо принял участие в отборе добровольцев для операции по вживлению чипа Neuralink. В результате долгих проверок и собеседований Нолану предложили стать первым человеком, которому вживят устройство.
После имплантации в январе Арбо сразу начал курсы реабилитации и обучения по использованию чипа. Скорость и точность управления мышкой специалисты из Neuralink измеряют в битах в секунду (BPS). Спустя несколько дней после операции Арбо достиг показателя 4,6 BPS, а после улучшения алгоритма — до 8 BPS. Специалисты подсчитали, что в будущем Арбо сможет управлять компьютерной мышкой еще быстрее и точнее.
Вскоре этот тезис подтвердился: мужчина освоил самостоятельное управление компьютером. Он научился передвигать курсор силой мысли, чтобы открывать и закрывать нужные вкладки, освоил набор текста. Эти на первый взгляд простые манипуляции дали ему возможность общаться в соцсетях, играть в онлайн-шахматы, учить язык.
Постоянные тренировки расширили возможности Арбо: он стал осваивать компьютерные игры. В последнее время Нолан работает над улучшением компьютерного почерка с помощью мысленной визуализации.
По словам Арбо, после вживления чипа его жизнь приобрела смысл: он расширил возможности общения, а также стал активным участником экспериментов по улучшению технологии нейроинтерфейсов для будущих пользователей. Кроме того, мужчина думает получить образование в сфере нейронаук, а также основать благотворительный фонд для защиты прав людей с ограниченными возможностями здоровья.
Но как вживленный чип вернул Арбо возможность работать с электронными устройствами, даже не прикасаясь к ним?
Как работает чип Neuralink
Чип Neuralink — это нейроинтерфейс «мозг-компьютер». Он передает информацию из мозга прямо на внешнее устройство. Например, на смартфон, компьютер или планшет.
Наш мозг — это природный компьютер, который ежесекундно обрабатывает тысячи команд и выдает нужные ответы. Передача запроса и ответа происходят за счет нейронов. Это нервные клетки, которые общаются друг с другом через сигнальные электрические токи.
Передача данных через чип Neuralink происходит по схожему принципу. Электроды фиксируют поступающий электрический импульс от нейронов мозга, расшифровывают его и отправляют команду. Когда чип «захватил» нужные сигналы, он передает их по Bluetooth в приложение Neuralink на смартфоне или ПК. Получив сигнал, компьютер выполняет команду: тапнуть, закрыть вкладку, переместить курсор.
Размер импланта — 23х8 мм. Внутри находится процессор величиной 4х4 мм. От импланта отходят 64 нити в четыре раза тоньше человеческого волоса. Они содержат до 1500 электродов для приема сигналов.
Установка чипа — операция высокой точности, поэтому для нее создали специального робота. Это устройство с пятью камерами, микроскопом, иглами толщиной 24 микрона. Робот проводил оптическую томографию, чтобы «видеть» ткани мозга в высоком разрешении. Операцию проводили под местной анестезией, то есть Нолан Арбо был в сознании.
Компания Neuralink утверждает: чип незаметен при ношении, его биосовместимый корпус полностью герметичен и может выдержать экстремальные условия. Он питается от маленького литий-ионного аккумулятора. Заряжать его можно беспроводным способом с помощью магнитного устройства, похожего на Apple Watch.
Кто разрабатывает нейроинтерфейс Neuralink?
Помимо терапевтов, нейрохирургов, анестезиологов, в проекте по созданию и имплантации чипа от Neuralink работает множество «технарей». Например, инженеры, дата-сайентисты, тестировщики и пентестеры, fullstack-, backend— и frontend-разработчики. Их задача — спроектировать, реализовать и проверить чип, а также приложения для ПК и смартфона, с помощью которых человек будет работать на устройствах.
Исходя из перечня вакансий на сайте компании Neuralink, чтобы стать ее сотрудником, у программиста должны быть соответствующие бэкграунд и навыки:
- писать на языке Python, C и С++, Ruby;
- иметь опыт администрирования систем Windows, OS X и Linux;
- обладать опытом работы с поставщиками корпоративных сетей: Cisco, Fortinet, Palo Alto;
- уметь управлять системами IAM (управление идентификацией пользователей и их доступом к различным ресурсам), например GSuite, Active Directory, MDM;
- понимать и работать в сетевых протоколах: TCP/IP, UDP, ARP, DNS, DHCP, WPA. Эти протоколы занимаются транспортировкой, определением сообщений или устройств в сети.
С какими проблемами могут столкнуться создатели подобных чипов?
Технология нейроинтерфейсов чипов сейчас на заре своего существования. Впереди разработчиков ждет целый ряд проблем и вопросов.
Нехватка специалистов, в том числе узконаправленных. Если чипы будут расширять функционал: смогут записывать воспоминания, помогут в управлении биопротезами или авто, — то потребуется больше специалистов. Причем разные сотрудники будут работать над расшифровкой конкретных, отдельной группы сигналов, отделять «шумы» в мыслях, собирать данные для обучения систем.
Проблема устаревания ПО, оборудования и его обслуживания. Любое долгоживущее устройство нужно постоянно обновлять для улучшения его характеристик. Заменить чип неправильно или продолжить жить с ним без должного обслуживания — риск для здоровья человека. Компаниям надо предусмотреть стратегию обслуживания чипов на все случаи.
Калибровка оборудования под мозг человека. Нейронные связи — гибкие соединения, которые обновляются по мере отмирания нейронов. Наш мозг создает и обучает новые соединения в мозгу при необходимости. Поэтому есть риск, что чип, подведенный к определенной группе нейронов, через какое-то время перестанет «ловить» нужные сигналы. Все из-за того, что эта группа нейронов, например, отмерла или взяла на себя новый функционал.
Этическая проблема. Технологии — это всегда не только материальные, но и философские, этические проблемы. Вопросы задают к рекомендательным алгоритмам: правда ли они показывают нам то, что нам интересно, или то, что нужно продать? Также дилемму вызывает вопрос нейросетей: справедливо ли обучать алгоритмы на работах реальных художников, которые не получат за использование их уникального стиля никаких отчислений? Когда речь заходит о прямой связи мозга и компьютера, нас ждет много вопросов о безопасности данных, надежности устройств и границах использования технологии.
Какие еще есть нейроинтерфейсы?
Нейроинтерфейсы разрабатывали и до Neuralink. Вначале над этой технологией работали в научных лабораториях. Один из примеров — управление разъяренным быком в 1950 году. Тогда ученый Хосе Дельгадо имплантировал в мозг быка электродное устройство, которое управлялось через пульт с радиоуправлением.
Испытание прошло эффектно: Дельгадо вышел на арену для корриды, куда выпустили взбудораженного быка. Когда животное было в нескольких метрах от ученого, он нажал на пульт, устройство в мозгу простимулировало двигательные центры и изменило траекторию быка. Дельгадо не получил никаких повреждений.
Этот пример можно считать одним из первых публичных экспериментов в разработке нейроинтерфейсов. Рассказываем о нескольких проектах из этой сферы помимо Neuralink.
BrainGate
Пионер в области современных интерфейсов, их первый чип вживили в 2004 году. В период 2004–2009 годов то же устройство получили еще три пациента.
Сейчас BrainGate проводят клинические испытания BrainGate2 — нейроинтерфейса второго поколения, предназначенного для людей с тетраплегией. Этим термином называют потерю функций рук, ног, туловища, тазовых функций из-за повреждения сегментов спинного мозга на шейном уровне. Исследование началось в 2009 году и должно завершиться в 2038 году. BrainGate2 уже установили 15 пациентам.
Blackrock
Устройства от этой компании помогают людям с тяжелыми формами паралича силой мысли управлять устройствами и пользоваться интернетом. Некоторым людям имплант Blackrock позволил водить автомобиль, другим — восстановить осязание. Данных о количестве людей с имплантированными чипами от Blackrock практически нет в открытом доступе. Специалисты предполагают, что таких пациентов около 40 человек.
Synchron
Эта компания создала один из самых крошечных и минимально инвазивных чипов. Устройство от Synchron устанавливается не поверх серого вещества мозга, а внутрь кровеносных сосудов в голове человека — это разительное отличие от других чипов. Среди пациентов компании есть люди из США и Австралии.
Ходят слухи, что Маск активно следил за деятельностью Synchron во время разработки чипа от Neuralink.
Российские разработки
В России также есть центры, которые занимаются созданием нейроинтерфейсов.
Например, в Центре биоэлектрических интерфейсов (ЦБИ) НИУ ВШЭ впервые реализовали двунаправленный моторный нейроинтерфейс. Он смог декодировать сигналы активности мозга и обеспечить сенсорную чувствительность. При эксперименте пациент, управляя аватаром руки, собрал хрупкие елочные шарики в корзину и не повредил их.
Также в ЦБИ НИУ ВШЭ создали технологию мгновенной нейрообратной связи iNeurofeedback. С ее помощью человек чувствует активность собственного мозга и может управлять ей. Ученые видят применение технологии для оптимизации скорости реакции у спортсменов или как средство борьбы с расстройствами, такими как синдром дефицита внимания и гиперактивности, эпилепсия, депрессия.
В институте мозга в Санкт-Петербурге и группа в Новосибирском государственном университете развивают технологию нейрообратной связи, которая в дальнейшем может лечь в основу нейроинтерфейса.
