Чип, чип, чип, чип и тело

Гонка нейроимплантов: первым компьютеры встроили в мозг парализованным людям, а сразу за ними будут операторы беспилотников?

Во вторник, 30 января, Илон Маск в принадлежащей ему соцсети Х сообщил, что специалисты его компании Neuralink вживили первому пациенту в мозг нейрочип для управления внешними устройствами (смартфон, компьютер, игровые и телевизионные приставки, специальные аппараты для управления протезами) силой мысли. Имплант назвали без претензий — «Телепатия».

В тот же день South China Morning Post сообщила, что китайский имплант вернул пациенту часть двигательных функций. Смысл этого послания очевиден: началась гонка нейроимплантов.

Neuralink получила разрешение на проведение первого клинического исследования на человеке от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) еще 25 мая. Документ предусматривал вмешательство с использованием разработанного для этого специального чипа и хирургического робота. Поскольку прошло уже восемь месяцев, понятно, насколько сложная задача стоит перед нейрохирургами и как ответственно отнеслись к ней менеджеры. Набор добровольцев среди полностью парализованных пациентов шел более года.

Ведь это была уже не первая попытка получить допуск к работе с больными.

Илон Маск не был бы собой, если бы не сделал из такой новости большие деньги, в этом он признанный мастер.

Два года назад Neuralink стоил менее $2 млрд, а к августу его оценивали уже в $5 млрд. Рост в 2,5 раза аналитики рынка объясняют несколькими биржевыми сделками перед заявлением компании о том, что FDA одобрило испытания на людях.

В действительности Neuralink вовсе не первым взялся за исследования в этой сфере. Нейроинтерфейс «мозг-компьютер» намного раньше начали разрабатывать сразу несколько компаний. Все конкуренты Маска тоже имеют немалую рыночную стоимость. Но такого бренда, как у него, который давно уже работает сам на себя с огромным успехом, у них нет.

А ведь разрешения на работу с человеком эти компании получили задолго до Neuralink и уже добились некоторых реальных успехов. Например, еще год назад австралийский стартап Synchron (акционеры — Джефф Безос и Билл Гейтс) опередил Neuralink, успешно внедрив парализованному человеку 1,5-дюймовый чип, который позволяет ему силой мысли управлять цифровыми устройствами. На сегодня чипы Synchron внедрены уже более чем 10 полностью парализованным людям.

Получив возможность управления компьютером, они общаются с близкими в мессенджерах и даже делают покупки в магазинах.

Технология Synchron предусматривает введение микрочипа через кровеносные сосуды строго в определенную зону мозга. Для имплантации не требуется повреждать ткани или вскрывать череп. Через двое суток пациент может отправиться домой.

У Маска так не получится, но его метод имеет другие преимущества: теоретически его чип намного более мощный (1024 контакта против 16 у Synchron) и даст гораздо больше возможностей. Кроме того, самая важная часть программы Neuralink — это даже не чип, а именно хирургический робот, проводящий операции на открытом мозге. Чем больше контактов надо вживить, чем меньше их размеры, тем выше опасность ошибки хирурга. Считается, что робот резко снижает эти риски.

История исследований

Нынешние достижения появились не на пустом месте. Быстрое развитие нейроинтерфейсов в разных странах идет уже 30 лет. Чтобы лучше понять принцип действия этих революционных медицинских технологий, полезно напомнить себе историю вопроса.

Работы по созданию нейроинтерфейса впервые начались в 1970-х годах в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA). Исследования, в результате которых были разработаны алгоритмы для реконструкции движений из сигналов нейронов моторной зоны коры головного мозга (они контролируют двигательные функции), тоже датируются 1970-ми годами.

Постепенно удалось идентифицировать сигналы двигательного центра мозга от конкретных групп нейронов и использовать их для управления внешними устройствами. Эти группы в разных странах и лабораториях возглавляли выдающиеся ученые: Ричард Андерсен, Джон Донахью, Филипп Кеннеди, Мигель Николелис, Эндрю Шварц.

После многолетних экспериментов на животных в середине 90-х годов человеку имплантировали первые устройства, способные передавать информацию от тела к компьютеру. Ученые сумели восстановить поврежденные функции слуха, зрения, а также утраченные двигательные навыки.

В основе успешной работы нейроинтерфейса лежит способность мозга к адаптации, в результате имплант служит источником биологической информации.

Наука и технологии набирают опыт и темп. Среди врачей хирургическая операция по установке слухового (кохлеарного) имплантата не считается чем-то феноменальным. А ведь это такой же нейроимплант. Хотя после операции требуется длительный период реабилитации и обучение пациента. Сегодня такими устройствами пользуется около 100 000 человек по всему миру.

Как это работает

Кремний обладает возможностью соединять неживую материю с живыми нейронами, а окруженные нейронами транзисторы получают сигналы от нервных клеток. Одновременно конденсаторы отсылают к ним сигналы. Каждый транзистор на чипе улавливает малейшее, едва заметное изменение электрического заряда, которое происходит при «выстреле» нейрона в процессе передачи ионов натрия.

Подобная микросхема уже в недавнем прошлом была способна получать импульсы от 16 тысяч мозговых нейронов биологического происхождения и посылать обратно сигналы к нескольким сотням клеток. И это не чисто механическое вмешательство: в процессе участвуют и традиционные биологические схемы. Так как при производстве чипа нейроны были выделены из окружающих их клеток, то пришлось добавить белки, которые «склеивают» нейроны в мозге, также образуя дополнительные каналы связи.

Исследования в России

В России подобные исследования ведутся в РАН, МГУ, ряде госконцернов и частных лабораторий. В отличие от западных ученых, они сосредоточились на неинвазивных методах съема информации с мозга (самая понятная для нас — электроэнцефалограмма). Чтобы зафиксировать мозговую активность, неинвазивный интерфейс использует электроды, расположенные рядом с поверхностью коры головного мозга.

Такие приборы просто надевают на голову, многие даже запущены в продажу. Предсерийный образец шлема-нейроинтерфейса еще пару лет назад представил Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ) им. И.С. Брука, входящий в состав концерна «Автоматика». Известно, что российская «Объединенная приборостроительная корпорация» (входит в «Ростех») также испытывает неинвазивный нейроинтерфейс «мозг-компьютер». Пациенты с таким устройством, по сообщению разработчиков, смогут силой мысли управлять роботизированными протезами.

Эти датчики обнаруживают изменения напряжения и измеряют частоту и интенсивность каждого нейронного «всплеска» головного мозга. Прибор улавливает электрическую связь между нейронами мозга. Подобный метод, в отличие от метода Маска, резко ограничивает количество полученной информации, зато не требует хирургического вмешательства.

Однако о результатах работы отечественных компаний уже долгое время ничего не сообщается. Вполне возможно, что это объясняется военным назначением разработок

— в разных странах в стремлении вывести персонал в безопасную зону неинвазивные интерфейсы для дистанционно управляемых боевых машин разрабатывают многие концерны.

Две дороги в будущее

Инвазивное внедрение пациенту в ходе очень дорогой и сложной хирургической операции нейроимпланта и надеваемые на голову приборы — две ниши быстро развивающегося рынка. В обозримом будущем трудно себе представить, что потребитель бросится под нож нейрохирурга ради расширения своих возможностей — управления приборами силой мысли. Главная сфера этой технологии — помощь парализованным людям, неспособным к общению и активной жизни. Если страховые компании создадут относительно доступные программы, для этих несчастных начнется вторая жизнь.

Но количество таких людей очень мало, если рассчитывать на рынок. И операции такие вряд ли скоро выйдут из разряда уникальных. А вот неинвазивные интерфейсы для несложных задач очень быстро расширяют сферу применения. И главная их составляющая — вовсе не прибор, а программное обеспечение.

Такие устройства быстро станут помощниками спасателей или операторов беспилотников. Они, скорее всего, будут в сотни раз дешевле и проще, чем чипы Neuralink, им достанутся довольно ограниченные задачи. Но сравнивая два главных направления в создании нейроинтерфейсов, надо всегда помнить, что живая ткань мозга взаимодействует с электродом, химически воздействует на него и изменяет его свойства. Поэтому вживленному чипу для поддержания функциональности каждые 5–6 лет необходима повторная хирургическая операция. Пока по-другому не получается — даже изготовленные из химически инертного золота контакты приходится менять. Однако

в долгосрочной перспективе все нейроинтерфейсы, независимо от метода соединения с мозгом, создадут человечеству как бы дополнительный уровень сознания, расширяющий возможности человека.

Например, уже сегодня есть программы, способные расшифровать мысли и перевести их в устную или письменную речь со скоростью до 60 слов в минуту. Об этом и написал Илон Маск в своем аккаунте в Х: «“Представьте, если бы Стивен Хокинг мог общаться быстрее, чем машинистка или аукционист. Это цель».

Отложим пока такие мечты великого инноватора, как излечение с помощью нейрочипов от ожирения, аутизма, депрессии и шизофрении. А вот управление приборами и механизмами — наше вполне близкое и реальное будущее. Впрочем, одна мечта фантастов тоже может осуществиться раньше ожиданий: если два пациента смогут передавать мысли компьютеру и получать от него информацию, то через этого электронного посредника они, не двинув бровью, обменяются мыслями. Среди парализованных пациентов могут появиться первые «телепаты поневоле».