Noland Arbaugh are un cip de computer încorporat în craniu și o matrice de electrozi în el creier. Dar Arbaugh, primul utilizator al Neuralink interfața creier-computer, sau BCI, spune că nu ar ști că hardware-ul este acolo dacă nu și-ar aminti că a trecut prin operație. „Dacă mi-aș fi pierdut memoria și m-aș trezi și mi-ai spus că mi-a fost implantat ceva în creier, atunci probabil că nu te-aș crede”, spune rezidentul de 30 de ani din Arizona, care a rămas paralizat mai jos. mijlocul gâtului de la un accident de înot din 2016. „Nu am nicio senzație de asta – nici un mod de a spune că este acolo decât dacă cineva merge și împinge fizic asupra ei”.
Cipul Neuralink poate fi discret din punct de vedere fizic, dar Arbaugh spune că a avut un impact mare asupra vieții sale, permițându-i să „reconecteze cu lumea”. El a suferit o intervenție chirurgicală robotică în ianuarie pentru a primi implantul N1, numit și „Legătura”, în primul studiu pe om aprobat de Neuralink.
BCI-urile există de zeci de ani. Dar pentru că tehnolog miliardar Elon Musk deține Neuralink, compania a primit o atenție extraordinară. A adus un reînnoit interes public pentru o tehnologie care ar putea îmbunătăți semnificativ viața celor care trăiesc cu tetraplegie, cum ar fi Arbaugh, precum și a persoanelor cu alte dizabilități sau boli neurodegenerative.
BCI-urile înregistrează activitatea electrică din creier și traduc acele date în acțiuni de ieșire, cum ar fi deschiderea și închiderea unei mâini robotizate sau făcând clic pe mouse-ul computerului. Acestea variază în ceea ce privește designul, nivelul de invazive și rezoluția informațiilor pe care le captează. Unii detectează activitatea electrică a neuronilor în întregime externă rețele de electroencefalogramă (EEG) plasate peste capul unui subiect. Alții folosesc electrozi plasat pe suprafața creierului pentru a urmări activitatea neuronală. Apoi există dispozitive intracorticale, care folosesc electrozi implantați direct în țesutul cerebral, pentru a ajunge cât mai aproape de neuronii vizați. Implantul Neuralink se încadrează în această categorie.
Capturarea activității neuronale poate fi ca și cum ai încerca să înregistrezi discuțiile între două persoane pe un stadion plin, spune Douglas Weber, inginer mecanic și neuroștiință la Universitatea Carnegie Mellon. Pentru a auzi ceva mai mult decât vuietul mulțimii, trebuie să te apropii de persoana care vorbește. „Cu cât ești mai departe de vorbitor, cu atât conversațiile devin mai amestecate și încurcate”, explică el. Neuralink introduce electrozi în cortexul motor care controlează mișcarea creierului, poziționând „senzorii chiar lângă neuronii individuali care conversează”.
Neuralink nu este primul care face asta. Un dispozitiv numit Utah Array – o rețea minusculă, dreptunghiulară de vârfuri de siliciu – este sistemul standard de electrozi pentru BCI intracortical. A fost dezvoltat de un profesor de bioinginerie de la Universitatea din Utah, Richard Normann, în anii 1990; în 2004 Matthew Nagle a fost persoana întâi să folosească un Utah Array BCI pentru a controla un cursor cu gândurile sale. Designul lui Neuralink, bazat pe cercetările anterioare cu microfir, nu este, de asemenea, primul care înlocuiește matricea rigidă Utah cu o rețea de fire subțiri, flexibile, care au electrozi pe lungimea lor.
Ce Neuralink are realizat, totuși, este să condenseze mai multe progrese într-un singur dispozitiv implantabil, intracortical, fără fir. „Au luat cam ce e mai bun din tot ce am văzut și le-au pus laolaltă”, spune Jennifer Collingeringiner biomedical și profesor asociat la Universitatea din Pittsburgh.
Datele în acțiune
Butucul electronic circular al Link-ului se conectează la 64 de fire superfine care conțin un total de 1.024 de electrozi. Este de aproximativ 10 ori mai mulți electrozi decât o matrice Utah (deși mai multe matrice Utah au fost implantate în creierul unei singure persoane simultan). Link-ul transmite date neuronale comprimate din creier prin Bluetooth, iar un algoritm reglat la tiparele neuronale unice ale utilizatorului traduce aceste date în acțiune.
Arbaugh spune că a reușit să miște un cursor digital într-o săptămână după operația de implant. O face în două moduri. Există ceea ce el descrie drept „tentativă de mișcare” – sau pur și simplu dorința unui membru paralizat să facă ceea ce nu mai poate. Instigând mișcarea mușchilor din mâna lui (despre care spune că poate produce în continuare mișcări ușoare) și trecând prin mișcările mentale de a folosi un mouse cu acea mână, el poate muta un cursor în jurul unui ecran cu puțin efort. „Este foarte intuitiv”, spune Arbaugh.
De asemenea, a descoperit că privirea la cursor și imaginea traseului pe care ar dori să o urme îi permite să navigheze pe ecran. El numește aceasta „mișcare imaginată”. El folosește ambele metode, adesea împreună. Primul este puțin mai solicitant din punct de vedere fizic, în timp ce al doilea necesită o concentrare mentală suplimentară. Dar ambele permit multitasking: Arbaugh poate vorbi sau mânca în același timp în care își operează computerul.
Înainte de implant, dacă Arbaugh dorea să folosească un computer, o făcea prin comandă vocală sau mișcând un bețișor de gură pe un ecran tactil (ceea ce necesita ca cineva să-l ajute să ajungă în poziție). Dar cu BCI-ul său, Arbaugh spune că este capabil să facă mai mult – mai rapid, independent și mai confortabil. Utilizarea celor mai bune BCI-uri „ar trebui să se simtă la fel de naturală ca și mișcarea voluntară, aptă de muncă”, spune Leigh Hochberg, medic neurointensiv și neuroștiință la Universitatea Brown, Spitalul General Massachusetts, Școala de Medicină Harvard și Sistemul de asistență medicală VA Providence. În munca sa, el a efectuat mai multe studii și studii BCI pe oameni, inclusiv unele cercetări pentru Neuralink. Hochberg spune că uneori evaluează cât de bine funcționează un dispozitiv după cât de puțin un subiect poate descrie experiența utilizatorului. „Dacă participanții noștri nu ne pot spune exact cum au făcut ceva”, spune el, „știm că suntem pe drumul cel bun”.
Neuralink susține că Arbaugh are recorduri sparte pentru controlul cursorului BCI și a atins opt biți pe secundă, o masura care încorporează atât viteza, cât și precizia. (Neuralink și-a lansat benchmark pentru controlul cursorului, o sarcină de clic pătrat, dacă doriți să vă comparați capacitatea cu cea a lui Arbaugh.) Arbaugh spune că își folosește dispozitivul ore în șir pentru a naviga pe Web, a trimite mesaje text, a derula pe rețelele de socializare, a naviga în aplicații și, poate cel mai mult important – jucați jocuri video. Șahul online și jocul de strategie pentru construirea lumii Civilization VI au fost preferatele lui.
Dispozitivul are un dezavantaj inevitabil, spune el: trebuie să fie încărcat regulat, întrerupându-i sesiunile de joc. Pentru a-și porni implantul, Arbaugh îmbracă o pălărie cu un încărcător wireless încorporat – o schimbare majoră față de plug-in-urile BCI încă folosite în multe setări de cercetare. În caz contrar, utilizarea Link-ului a fost în mare parte fără probleme, spune el, cu excepția cazului în care, în februarie, aproape că a încetat să funcționeze.
Fire de retragere
La aproximativ o lună după operație, Arbaugh și-a pierdut funcționalitatea semnificativă a implantului său. La început a crezut că este o eroare de software, dar echipa Neuralink l-a informat curând că este o problemă hardware. Potrivit lui Arbaugh, analiza Neuralink a semnalelor electrozilor a arătat că 85% din firele implantului său s-au „retras” sau s-au mutat din poziție. Neuralink a raportat pentru prima dată public despre această problemă într-un postare pe blog pe 8 mai, la luni după ce a fost depistat recul. (Neuralink nu a răspuns la Scientific American’s întrebări despre retragerea firului.)
„A fost foarte greu de acceptat”, spune Arbaugh. „Tocmai îmi înfundam dinții în ea. Am ajuns în acest loc înalt. Și după o lună, asta [felt like it] totul urma să se prăbușească.”
Weber notează că posibilitatea unei astfel de dezamăgiri și anxietate este unul dintre „cele mai mari riscuri” în cercetarea BCI umană. “Imaginați-vă stresul de a experimenta o leziune a măduvei spinării pentru prima dată. Acum imaginați-vă că trebuie să treceți prin asta din nou”, spune el.
Prin modificarea algoritmului sistemului pentru a răspunde la electrozii care încă transmiteau date, Neuralink a reușit să restabilească o mare parte din funcționalitatea implantului său, spune Arbaugh. De atunci și-a arătat priceperea cursorului demonstrații video și spune că s-a întors la doborârea recordurilor de viteză. Dar unele dintre remedieri au necesitat soluții creative. Inginerii Neuralink au creat un sistem în care Arbaugh face o selecție pe un ecran, trecând cursorul pe loc timp de 0,3 secunde în loc să facă clic. „Plănuim să revenim la un singur clic acolo unde îl inițiez”, spune el. Dar asta nu s-a întâmplat încă.
Compania nu a lansat nici un raport științific oficial despre experiența lui Arbaugh. Asta limitează cât de mult se poate înțelege despre tehnologie pentru moment, spune George Malliaras, un inginer care conduce laboratorul de bioelectronica de la Universitatea din Cambridge. Nu este clar de ce sau cât de departe s-au retras firele, dacă poziția lor a continuat să se schimbe sau dacă firele rămase s-au stabilizat, notează Malliaras. „Trebuie să așteptăm până când lucrările sunt publicate cu date”, spune el.
Între timp, Administrația pentru Alimente și Medicamente din SUA a aprobat planurile Neuralink de a merge mai departe cu studiul clinic și de a implanta un al doilea dispozitiv unei alte persoane. Compania va încerca să abordeze problema retragerii prin implantarea firelor N1 mai adânc decât au fost plasate în cazul lui Arbaugh (opt milimetri față de trei până la cinci milimetri), deoarece primul raportat langa Wall Street Journal. „Este o strategie care merită testată, presupunând că nu schimbă profilul de siguranță”, spune Weber. „Nu ar face-o dacă FDA nu ar crede că este în regulă, așa că trebuie să fie ceva care a fost deja aprobat în protocolul lor. Sperăm că rezolvă problema”.
Arbaugh, însă, nu este descurajat de eșecul. În opinia sa, tot ceea ce a trecut are un scop: să îmbunătățească tehnologia pentru alții. „Întregul scop al acestui studiu a fost de a afla ce funcționează și ce nu”, spune el. Fiecare informație pe care o colectează Neuralink se adaugă la fondul de date care ar putea permite într-o zi unele dintre cele mai ambițioase obiective ale cercetătorilor BCI: restabilirea mișcării membrelor paralizate sau a vederii orbilor. „Încerc să-mi păstrez așteptările destul de întemeiate”, spune el. Dar terenul pare să se schimbe rapid în domeniul BCI. Este fericit să fie printre primii și este încântat ca următoarea persoană să obțină ceva și mai bun.
Acest articol a fost publicat pentru prima dată la științific american. © ScientificAmerican.com. Toate drepturile rezervate. Urmați mai departe TikTok și Instagram, X și Facebook.