Трансформиращият потенциал на компютъризираните мозъчни импланти

Преди седем години Мишел Рокати зави, с цел да избегне животно, до момента в който караше мотоциклета си покрай Торино, и се блъсна в крайпътна скамейка. Катастрофата „ взриви костите в гърба ми “, споделя Рокати, прекъсна гръбначния му мозък и прекъсна цялата връзка сред мозъка и краката му.

„ Моите лекари ми споделиха тогава, че в никакъв случай повече няма да мога да се изправя, камо ли да върви “, споделя Рокати, който е на 32. След това той задейства поредност от електроди, които неврохирурзите в Лозана прокараха по гръбначния му мозък при пионерска интервенция през 2020 година

Тялото му леко потръпва за секунда или две и той се надига от стола си, пристъпвайки решително през стаята, въпреки да се държи за проходилка за баланс. „ Всеки ден способността ми да вървя се усъвършенства, защото мускулите ми стават по-силни и нервите ми последователно се регенерират “, споделя той.

Roccati е една от възходящата група хора, които се възползват от коренно нови форми на невротехнология, в развой на разработка в академични и фирмени лаборатории в Европа и Северна Америка, които употребяват компютъризирани импланти за взаимоотношение с човешкия мозък и централната нервна система.

Тези интерфейси мозък-компютър могат да заобиколят невронни трудности, които пречат на хората, които са с тежки увреждания заради акцидент или заболяване, да движат крайниците си — и разрешават на тези, които не могат да приказват или да работят с клавиатура, да споделят.

В рамките на няколко години BCI могат да се развият в пазар на стойност няколко милиарда $ годишно за лекуване на пациенти с тежки двигателни увреждания заради пострадване или заболяване, съгласно Майкъл Магер, основен изпълнителен шеф на Precision Neuroscience, здравна BCI компания в Съединени американски щати.

Дългосрочните последствия са доста по-големи. „ Ние сътворяваме връзка сред човешкия и изкуствения разсъдък “, споделя Магер. „ Възможно е единствената приложимост на тази фундаментална връзка да бъде парализата, само че мисля, че е доста малко евентуално. “

Илън Мъск основа Neuralink — най-известната BCI компания — през 2016 година предвид на създаването на общи целенасочена технология за свързване на човешки мозъци и машини.

Мъск от дълго време приказва за потреблението на такива връзки за главно обединение на човешкия разсъдък с ИИ. Например, той твърди, че забележителното увеличение на скоростта, с която мозъкът може да усвоява и предава информация, може да преодолее това, което той вижда като едно от главните ограничавания на способността на хората да бъдат в крайник с напредъка в машинния разсъдък.

Но доста преди бъдещето на киборгите, за което Мъск мечтае, мнозина в тази област предвиждат, че технологията ще бъде употребена по по-практични способи за превъзмогване на персонални физически ограничавания и възстановяване на самостоятелната продуктивност, да вземем за пример посредством изостряне на зрителните и слухови качества на хората или усилване на паметта.

„ Ние сме много надалеч от това, само че не мисля, че е мъчно да си представим с течение на времето тази технология да бъде възприета от хора, които другояче са здрави “, споделя Магер, който е съосновател на Precision през 2021 година с Бенджамин Рапопорт, създател на Neuralink.

Техническите спънки остават високи. Събирането, експортирането и тълкуването на сигнали от мозъка към момента е просвета в начален етап, до момента в който нужната инвазивна мозъчна хирургия изключва процедурата за всички пациенти, с изключение на за пациенти с тежки увреждания.

В същото време технологията повдига надълбоко етични въпроси. „ Медицинската страна към този момент е добре предпазена от регулаторите и съществуващите разпореждания “, споделя Рафаел Юсте, шеф на Центъра за невротехнологии на Колумбийския университет в Ню Йорк. „ Но технологията ще нарасне и ще се популяризира към немедицинската страна “, прибавя той, поставяйки значими нови въпроси за това до каква степен би трябвало да се разреши на хората да стигнат, с цел да подобрят умствените си качества, да вземем за пример спомените си.

И въпреки всичко в лабораторията потреблението на мозъчни сигнали за активиране на компютри и други машини – нещо, което до неотдавна звучеше като научна фантастика – става съвсем рутинно, поставяйки технологията на път, който може да има дълготрайни последствия.

„ Това е повратна точка за човечеството “, споделя Юсте. „ За първи път разполагаме с технология, която може да промени същността на това, което сме, като проникне в мозъка, органът, който генерира всички наши умствени и когнитивни качества. “

Неврохирурзите по света са вградили електроди в човешкия мозък от десетилетия като лекуване на заболяването на Паркинсон и други двигателни нарушавания, успокоявайки нередовната електрическа интензивност, виновна за някои признаци. Повече от 160 000 пациенти са получили „ дълбока мозъчна стимулация “ от този тип.

Но новата вълна от невронни импланти е доста по-сложна, позволявайки двупосочна връзка сред мозъка и устройството, споделя Джоселин Блок, неврохирург в университетската болница в Лозана. Тя оперира Рокати и следващ пациент с паралич Герт-Ян Оскам, който има два импланта в мозъка и гръбначния дирек, комуникиращи безжично посредством „ дигитален мост “.

Потенциалното търсене е голямо. Освен да дадат на тежко парализирани хора силата да поддържат връзка и да се движат още веднъж, медицинските приложения могат да варират от справяне със загубата на зрение и слух до възстановяване на лекуването на хронична болежка и психиатрични положения, като дават на лицата, които се грижат за тях, точна и подробна картина на това, което се случва в мозъка.

И въпреки всичко малко медицински BCI са били вградени в хора до момента, защото пионерските университетски и корпоративни лаборатории напредват постепенно, с цел да потвърдят тяхната сигурност и резултатност. „ Движим се внимателно, пациент по пациент “, споделя Анри Лорах, който организира клинични изпитвания с Блок в Лозана.

Въпреки че външни BCI, сложени върху кожата или скалпа, могат да открият и модулират невронната интензивност до известна степен, „ единственият метод да я запишете сензитивно и за продължителни интервали е с устройство, сложено хирургически под черепа “, споделя Лий Хохберг, шеф на Центъра за невротехнологии в Масачузетската обща болница и на дългогодишната изследователска стратегия BrainGate BCI.

Само към 50 пациенти по света са получили дългогодишен протезен мозъчен компютърен имплант от началото на клиничните проучвания преди 20 години, пресмята Hochberg. За да ускорят клиничното развиване, той и сътрудниците му в Съединени американски щати сътвориха Implantable BCI Collaborative Community тази година с регулатора, Администрацията по храните и медикаментите, която се причисли като основен участник.

„ Защото научаваме извънредно доста от всеки участник в тези пилотни клинични изпитвания, не мисля, че ще имаме потребност от огромен брой участници в изпитванията, демонстриращи сигурност и резултатност, преди да аплайваме за регулаторно утвърждение, ” споделя Хохберг. „ Може би десетки пациенти, само че сигурно не хилядите, които постоянно вземат участие в тествания на нови медикаменти. “

Европа – по-специално Швейцария – има доста наличие в промишлеността за импланти за BCI. Две компании, Onward Medical и Neurosoft Bioelectronics, се отделят от École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), водещият научен център на континента за невротехнологични проучвания. Трета, InBrain Neuroelectronics в Барселона, създава импланти от графен – листове въглерод с дебелина единствено един атом, които бяха приветствани като чудноват материал след откриването му през 2004 година

Но специалистите от двете страни на Атлантическия океан са съгласни че американските BCI компании имат преимущество пред европейските си сътрудници.

В Съединени американски щати е по-лесно да се финансира и построи устойчива компания, споделя Дейв Марвър, американски софтуерен водач, който се причисли към Onward в Лозана като основен изпълнителен шеф. „ Имате по-голям набор от управнически гении в Съединени американски щати с повече опит в комерсиализацията на нещата в международен мащаб, там има повече финансиране и регулаторните режими се разграничават. “

FDA е по-добре готова да утвърди клиничните изпитвания на BCI, в сравнение с неговите европейски сътрудници, споделя Марвър. Когато пристигна в Onward през 2020 година, продължава той, „ нямахме клинични обекти или проекти за комерсиализация в Европа заради разноските и сложността. “ Той бързо промени тази политика. „ Казах: „ Имаме парализирани хора тук, нашата централа е тук и ще комерсиализираме тук “. съперник “, споделя Грегоар Куртин, който управлява невротехнологичните проучвания на EPFL. Но той упорства, че Onward, който е набрал малко над 170 милиона евро от основаването си през 2014 година, може да доближи представянето на Neuralink на Мъск, който е събрал 687 милиона $ финансиране, съгласно PitchBook.

Neuralink е най-видимият невротехнологична компания в медиите — и минимум транспарантна. Комуникира посредством инцидентни туитове и изявления в блогове. След доста проби върху животни първият индивид на Neuralink при хора, 30-годишният параплегик Ноланд Арбау, получи своя имплант Link в Неврологичния институт Бароу в Аризона през януари.

Във видеоклипове и блогове, оповестени от Neuralink, Арбау въодушевен методът, по който връзката му беше разрешила да управлява компютърен курсор. „ Това ми даде опция още веднъж да върша нещата самичък, без да се нуждая от фамилията си когато и да е на деня и нощта “, сподели той.

В седмиците след интервенцията доста от 64-те гъвкави записващи проводника което беше пронизано през мозъка на Арбау, се разхлаби. Инженерите на Neuralink компенсираха, като програмираха устройството да бъде по-чувствително към невронната интензивност. Компанията сега избира втори доброволец, който да получи усъвършенствана версия на Link с електроди, които се вписват по-сигурно в мозъка - и евентуално ще го сложи още този месец.

Конкурентните невротехнологични компании се разграничават доста по повод типа на електродите, които вграждат в мозъка. Изследователите имат максимален опит с по този начин наречения масив от Юта, корав комплект от 96 електрода, който се употребява от 20 години от университетския консорциум BrainGate.

Най-скорошното проучване на хора с BrainGate, оповестено в Nature предишния август, сложи две матрици всяка с размерите на малко хапче аспирин с общо 128 електрода в мозъчната кора на Пат Бенет, 68, пациент с амиотрофична латерална склероза. Беше изгубила способността си да приказва.

Алгоритъм с изкуствен интелект декодира невронната й интензивност, като се учи да разграничава моделите, свързани с нейната дефиниция на обособени фонеми – градивните детайли на говоримия британски. След това езиков модел преобразува потока от фонеми в поредност от думи, които могат да бъдат показани на компютърен екран или изговорени от синтетичен глас с към 60 думи в минута с рационална акуратност.

„ Представете си какъв брой друго осъществяване ежедневни действия като извършване на покупки, посещаване на срещи, поръчване на храна, влизане в банка, диалог по телефона, изложение на обич или благодарност - даже разногласия - ще бъдат, когато невербалните хора могат да оповестяват мислите си в действително време ", написа Бенет по това време.

Други лаборатории създават по-гъвкави и по-малко инвазивни BCI. Neurosoft Bioelectronics в Женева тества ултратънки, меки електроди, сложени върху силикон, които се увиват върху гънките на повърхността на мозъка. Технологията му е тествана сполучливо върху трима пациенти.

Интерфейсът с графен на InBrain има сходни преимущества. Той седи „ върху кората като парче целофан, без да прониква в него “, споделя Каролина Агилар, основен изпълнителен шеф. Първото му тестване с хора следва. Тя вижда заболяването на Паркинсон като първата цел на InBrain, целяща да измести устройствата за дълбока мозъчна стимулация с „ ниска компактност, ниска разграничителна дарба “, предлагани от медицинските колоси Boston Scientific и Medtronic.

Някои BCI компании се концентрират върху медицински приложения оттатък хората с увреждания пациенти. Николас Вачикурас, основен изпълнителен шеф на Neurosoft, пресмята, че 60 милиона души по света имат тежък звук в ушите, водещ до „ тежка меланхолия и даже опити за самоубийство, без дейно лекуване през днешния ден “. Изследванията на компанията допускат, че повода е необикновена интензивност в слуховата кора, създаваща илюзията за объркващ звук, който може да бъде поправен с невромодулация.

Сред американските компании , Synchron стои добър късмет да бъдете първите, които ще пуснат на пазара BCI имплант. Подобно на стент, устройството му се вкарва в кръвоносен съд и се намира над моторния кортекс, частта от мозъка, която управлява придвижването. Досега е тествано при 10 пациенти и скоро се чака издание на окончателните резултати, последвано от по-голямо клинично изследване, което компанията се надява да докара до утвърждение от FDA.

Въпреки че устройството не е толкоз сензитивно към невронни активност като някои съперници, основният изпълнителен шеф на Synchron Том Оксли споделя, че компанията може да реализира маркетингово утвърждение по-бързо с технология, която не изисква отворена мозъчна интервенция. „ Как тази технология може да усъвършенства способността на хората да живеят независимо? Това ще бъде маркерът за триумф, ” споделя той.

Нито един от имплантите към момента не е задоволително покрай пазара, с цел да бъде цената им непосреден проблем, само че ръководителите споделят, че ценообразуването ще би трябвало да отразява големите евентуални изгоди технологията предлага на пациенти с тежки неврологични болести, чието здраве