Что было до Neuralink: импланты и стимуляторы мозга, которые хочет заменить проект Илона Маска

Как работают уже существующие способы терапии с помощью имплантов для мозга и чем они могут уступать Neuralink.

29 августа Маск показал вторую версию своего проекта нейроинтерфейса Neuralink — чип Link, размером с монету. Его успешно имплантировали свиньям для считывания мозговой активности.

Link подключается к мозгу с помощью тонких гибких нитей с электродами. Он обрабатывает информацию чипом-имплантом, а управлять им можно через мобильное приложение.

Маск заявляет, что в первую очередь Neuralink поможет лечить болезнь Альцгеймера, паралич, деменцию и другие заболевания, а в будущем позволит телепатически общаться, управлять устройствами и играть в игры.

Во время презентации Маск сравнил проект с другими современными разработками, которые используют имплантацию в мозг для лечения болезней — Utah Array и глубокой стимуляцией мозга.

BrainGate — это система инвазивных мозговых имплантатов, предназначенная для помощи людям, которые потеряли, например, контроль над конечностями.

Она состоит из внешнего декодирующего устройства, подключенного к протезам или другим приборам, и системы датчиков, имплантируемой в мозг. Датчики представляют собой матрицу микроэлектродных жёстких игл, выполненных по технологии Utah Array, которую разработали в 1990-х годах.

Utah Array считается отраслевым стандартом, который используют более 500 лабораторий в своих проектах.

Матрица микроэлектродных игл позволяет создавать каналы передачи информации от мозга к компьютеру размером до 256 электродов и распознавать сигналы нейронов в областях мозга. Особое внимание BrainGate уделяет области мозга, отвечающей за моторные функции.

Информация с датчиков преобразует мозговую активность в электросигналы, которые передаются на декодер и перерабатываются в команды для внешнего прибора, например, протеза руки или bluetooth-передатчика, эмулирующего компьютерную мышь.

Через BrainGate человек может управлять объектами с помощью мозговых команд.

Разработкой BrainGate занимались исследователи факультета нейробиологии Брауновского Университета совместно с Cyberkinetics — дочерней биотех-компанией университета, которая производила медицинское оборудование.

Первые эксперименты по имплантации микроэлектродной матрицы в мозг человека ученые провели в 2002 году. А после одобрения FDA в 2004 году начали проводить клинические испытания системы на четырёх парализованных пациентах.

В 2006 году BrainGate опубликовала результаты испытаний в журнале Nature: участникам удалось управлять курсором мыши на экране компьютера, читать электронную почту, переключать ТВ-каналы.

Несмотря на успех, ученые не смогли построить жизнеспособную бизнес-модель, отмечает нейроинженер Михаил Лебедев. Инвестиции Cyberkinetics начали сокращаться, производителю пришлось переключаться на более коммерчески успешные проекты, а в 2008 году полностью отказаться от BrainGate.

BrainGate был продан компании BlackRock Microsystems, которая производит датчики и оборудование для сбора данных. Ей же принадлежит и производство матрицы Utah Array.

BlackRock продолжила разработки BrainGate: в 2009 году началась вторая фаза клинических испытаний BrainGate2, которая продолжается до сих пор.

Периодически BrainGate публикует результаты тестов, например, в 2012 году двое парализованных смогли управлять роботизированными руками. Одна из испытуемых, Кэчи Хатчинсон, впервые за 15 лет смогла пить без посторонней помощи.

В публикации 2018 года BrainGate рассказала о трёх участниках клинических испытаний, которые смогли пользоваться планшетом силой мысли: читать почту, писать в мессенджерах, слушать музыку и обмениваться видео.

Они успешно пользовались интернетом, проверяли погоду и покупали в онлайне. Один из участников эксперимента сыграл отрывок из «Оды радости» Бетховена на цифровом пианино.

В исследованиях участвуют ученые из Университета Брауна, Массачусетская больница, Гарвардская медицинская школа, немецкий аэрокосмический центр и другие организации. Финансирование исследований BrainGate проходит из федеральных и благотворительных источников, указано на сайте организации.

Одна из особенностей технологии Utah Array — микроэлектродные иглы, из которых состоит имплантат. Они слишком жёсткие. Это ограничивает число доступных для подключения нейронов, а также мешает долгосрочной работе, так как мозг может отторгать внешние раздражители.

В феврале 2020 года Маск в Twitter сравнил Utah Array со «средневековым орудием пыток», признав, что хоть исследователи уже используют технологию на людях, нетрудно сделать её лучше.

На презентации Neuralink в августе предприниматель вновь сравнил свой проект с Utah Array и назвал несколько проблем старой технологии:

Neuralink решает эти проблемы, заявляет Маск. Например, вместо игл стартап использует тонкие полимерные нити с электродами, которые по одиночке подключаются к мозгу с помощью специального «швейного» робота. Это позволяет упростить и обезопасить установку импланта.

Также Neuralink разработал специальный чип, который занимается обработкой данных, полученных от мозга, — он помещается под кожу и полностью скрывается после имплантации в отличие от существующих разработок на базе Utah Array.

Neuralink совершает технологические прорывы в разработке нейроинтерфейса, хотя не предлагает ничего кардинально нового в научном плане, считает нейробиолог Михаил Лебедев.

В разговоре с «Медузой» в 2019 году он заявил, что хоть сверхновых идей в научном плане Neuralink не несёт, у компании есть деньги и технологии, которые вполне могут помочь совершить научный прорыв.

Deep Brain Stimulation — это метод хирургического лечения болезни Паркинсона, ОКР, эпилепсии, синдрома Туретта и других двигательных расстройств.

В мозг больного имплантируются электроды, которые посылают высокочастотные электрические импульсы в определенные участки мозга, а также генератор импульсов и провод, который проходит от головы под кожей за ухом к ключице или животу.

DBS напрямую регулирует деятельность мозга. Его принцип и механизм работы до сих пор до конца неясен и обсуждается врачами, но метод действительно помогает пациентам смягчить симптомы или уменьшить побочные эффекты от лекарств. К 2018 году глубокой стимуляцией мозга воспользовались более 150 тысяч человек.

Процедура одобрена FDA в 1997 году и постепенно расширяется для новых болезней: например, в 2003 году DBS одобрили для лечения дистонии, в 2009 году — для ОКР, а в 2018 году — для эпилепсии.

DBS — рискованная операция, которая может нести осложнения: кровотечение, занесение инфекции. А также нейропсихиатрические побочные эффекты: апатию, галлюцинации, депрессию и другие расстройства. Однако большинство из них могут быть временными.

Могут возникнуть проблемы и во время хирургического вмешательства — так как мозг человека движется внутри черепа, часть электродов могут сместиться и вызвать необратимые последствия, включая изменение личности.

Маск отмечает, что DBS несет огромную пользу больным, но у процедуры есть свои недостатки:

Deeplink же может помочь ученым не только стимулировать мозг, но и задействовать обратную связь и записывать его реакцию, отмечает нейробиолог Михаил Лебедев.

Например, включать стимулятор только по мере необходимости, вместо «тупого» стимулирования, которое сейчас используется для болезни Паркинсона.

Сейчас Neuralink не подходит для глубокой стимуляции, так как работает только с корой мозга, но перейти к этому можно достаточно быстро, заключает учёный.

#neuralink #нейроинтерфейсы