Neuralink pod lupou #2: Prezentace prototypu implantovatelného čipu N1

Společnost Neuralink byla oficiálně založena v červenci roku 2016 poté, co v roce 2015 zakoupila práva na užívání svého názvu od původních majitelů, kteří se věnovali výzkumu a vývoji podobné technologie zaměřené na léčbu poškození mozku. Sídlo firmy je v San Francisku v Kalifornii a její počáteční kapitál činil solidních 158 miliónů amerických dolarů, z čehož rovných 100 miliónů poskytl sám zakladatel, Elon Musk. Cílem Neuralinku je postupným zlepšováním vyvinout spolehlivé vysokorychlostní rozhraní propojující mozek s počítačem a umělou inteligencí, které by se dalo implantovat do hlavy s využitím co nejméně invazivní automatizované neurochirurgie.

Mnoho informací o firmě jsme se mohli dovědět už v dubnu roku 2017 z článku bloggera Tima Urbana na jeho stránce Wait But Why. Po vydání článku se ale po Neuralinku slehla zem a na povrch se dostávalo jen málo informací. Jak se později ukázalo, mlčení bylo zřejmě dobrým přístupem, protože to, co dokázala firma vyvinout za dva roky, je opravdu velkým skokem vpřed.

Po dlouhém období, kdy se Neuralink soustředil výhradně na svoji práci, konečně Elon Musk v roce 2019 oznámil, že jeho tým je připraven prezentovat výsledky své práce. Musk je znám svými vysokými nároky. Není tajemstvím, že sám vložil do Neuralinku zmíněných 100 miliónů. Na druhou stranu však nezastává ve firmě žádnou výkonnou funkci, čili se zdálo, že společnost má volnou ruku a nemusí s vývojem svého mozkovo-počítačového rozhraní příliš spěchat.

Kdo by však myslel, že Neuralink představí jen nějaké dílčí úspěchy na své určitě ještě dlouhé a trnité cestě k úspěchu, ten by se vážně mýlil. Firma v červenci 2019 veřejně prezentovala hotový první prototyp celého systému propojení lidského mozku s počítačem i s infrastrukturou potřebnou k jeho implantaci a spolehlivému provozu. Hned první verze Neuralinku je řádově lepší než vše, co zatím v tomto oboru bylo uskutečněno. Systém se skládá z několika prvků, které si podrobněji popíšeme níže. Jde o speciálně navržený a sestrojený počítačový čip nazvaný N1 s mnoha polymerovými vlákny, ve kterých se nachází více než tisíc elektrod. Ty jsou pak implantovány do mozku pomocí poloautomatického neurochirurgického robota, kterého rovněž vyvinul sám Neuralink.

„Všechno, co vnímáte, cítíte, slyšíte, přemýšlíte, jsou akční potenciály. Jde o neuronové impulzy, odchylky v úrovni elektrického proudu.“
– Elon Musk

Celý systém je tak komplexní a vyžaduje takové množství inovací, že firma musela přitáhnou celou řádku špičkových expertů v různých oborech. S tím ale Elon Musk nikdy neměl problém. Zdá se, že pokud máte opravdu velký cíl, nejde vám primárně o peníze, ale o obecné dobro a pokrok lidstva, tak se nejlepší odborníci sami hlásí do práce ve vaší firmě. A tak se v Neuralinku rychle objevil zástup talentů z oborů jako nanotechnologie, výpočetní technika, telekomunikace, elektronika, materiálové inženýrství, robotika, automatizace, různá odvětví medicíny (zejména neurochirurgie) a také medicína veterinární. Přestože ve firmě již pracuje něco kolem devadesáti odborníků, k uskutečnění jejích cílů to ještě to nestačí. Prezentace inovací společnosti tak podle vyjádření Muska měla být zejména jakousi formou náboru dalších zaměstnanců firmy.

Nejvýraznějšími osobnostmi Neuralinku se bude zabývat některý z našich následujících článků. Zde se pojďme zaměřit na to, co nám firma ukázala na své prezentaci prvního prototypu systému a na informace, které vydala prostřednictvím takzvaného „white paperu“, ve kterém rovněž představuje celé zařízení. Pokusíme se vysvětlit, jak celý systém funguje a z jakých komponentů se skládá, proto vás zde musím varovat, že následující text bude trochu technický.

Zkuste si představit, že máte za úkol propojit mozek s počítačem. Jestli si myslíte, že to není možné, tak se skutečně mýlíte. V současné době už vědci velmi dobře vědí, jak fungují nejmenší stavební jednotky mozkové tkáně, neurony, a jak probíhá přenos informací mezi nimi. Jde v podstatě o řetězce elektrochemických reakcí. Všechno co vidíme, slyšíme, cítíme nebo myslíme, je v mozku reprezentováno takzvanými akčními potenciály.

Akční potenciály vytvářejí elektrické pole, které můžeme registrovat, jestliže poblíž umístíme elektrody. Pokud se nám tedy podaří umístit dostatečný počet elektrod do těsné blízkosti dostatečného počtu neuronů a naučíme se interpretovat jejich signály, měli bychom být schopni zkonstruovat jakousi formu počítačového konektoru a přenášet pomocí ní určité informace.

Vraťme se teď k našemu úkolu propojení mozku s počítačem. Nyní už víme, že zadání není nemožné, ale co vše k tomu budeme potřebovat? Musíme zajistit několik věcí:

  • získat informace z mozku
  • naučit se je číst
  • přenést je nějak do počítače
  • poslat pak jiné informace zpátky do mozku tak, aby on jim rozuměl

Víme tedy, co chceme udělat, ale jak na to? Jak číst informace z mozku a jak je tam vracet tak, aby on jim rozuměl? Je to vůbec možné? Jestliže ano, dalo by se to udělat neinvazivně? Musí dojít k chirurgickému zákroku?

Čip N1, verze v hranatém plášti (Zdroj: Neuralink)

Jak ukazují léta výzkumů, neinvazivními metodami můžeme skrz lebku registrovat milióny neuronů, nicméně jejich signály jsou zkreslené a různě se prolínají. Invazivní elektrody umístěné na povrchu mozkové kůry rovněž můžou zaznamenávat signály z neuronů, avšak průměrují aktivitu tisíců neuronů a nejsou schopny registrovat akční potenciály z hlubších částí mozku. Použitím invazivních technik, čili zavedením mikroelektrod přímo do mozkové kůry, získáme nejpreciznější výsledky a můžeme dokonce odděleně registrovat jednotlivé akční potenciály.

Neuralink stojí na několika dekádách výzkumu mozkových implantátů a samozřejmě z toho hodně vytěžil. Podle inženýrů firmy, se celý systém musí skládat z následujících komponentů (detailně si každý z nich představíme v příštím článku):

  • elektrody registrující elektrické impulsy (akční potenciály) neuronů schopné rovněž neurony stimulovat
  • polymerová vlákna, ve kterých jsou elektrody umístěny
  • robot, který pod dozorem neurochirurga vlákna s elektrodami implantuje do mozku takovým způsobem, aby chirurgický zákrok byl co nejméně invazivní
  • speciálně navržený lokální počítačový čip, jenž interpretuje akční potenciály
  • propojení čipu s okolním světem, nejlépe bezdrátové
  • aplikace v telefonu pro ovládání systému a učení se, jak ho ovládat

Neuralink jako typická společnost ze Silicon Valley vyvíjí svůj cílový produkt postupným zlepšováním a přidáváním funkcí. Za dva a půl roku již firma vyrobila mnoho různých prototypů, z nichž poslední dva už testuje na laboratorních zvířatech. První prototyp určený pro lidské pacienty se nazývá N1 a má následující parametry:

  • 1024 elektrod, všechny s možností čtení i zápisu
  • čip o rozměrech 4×5 mm ovládající elektrody a interpretující akční potenciály
  • v hermeticky uzavřeném obalu má čip kruhový tvar a poloměr 8 mm
  • čipy se dají „klastrovat“ až do deseti kusů pro jednoho uživatele
  • bezdrátové připojení k počítači s použitím technologie Bluetooth

V současné době probíhá schvalovací proces s americkým úřadem FDA (U.S. Food and Drug Administration), což je agentura, která ve Spojených Státech kontroluje vývoj léčiv a léčebných postupů. V případě úspěšného schválení N1 plánuje Neuralink už v roce 2020 začít testy na lidech. Prvními pacienty budou jedinci s kompletní paralýzou končetin, takzvanou kvadruplegií.

Celá sestava systému N1 (Zdroj: Neuralink)

Pacientům budou implantovány čtyři senzory N1 do různých částí mozku – tři do motorické oblasti a jeden do oblasti somatosensorické. Systém bude tedy používat 4096 aktivních elektrod, z nichž každá je schopna registrovat informace až ze čtyř různých neuronů ve své bezprostřední blízkosti. Elektrody jsou implantovány do mozku pomocí poloautomatického robota, kterého sestrojili inženýři Neuralinku (detailně si ho představíme v následujícím článku). Neurochirurg podle zvětšeného obrazu z kamery určuje, do kterých míst mají být vlákna s elektrodami umístěna a robot je pak vpichuje do tkáně s mikrometrickou přesností. Musí přitom kompenzovat pohyby hlavy při dýchání a vyhnout se všem mikroskopickým žilkám, tak aby celá akce byla co nejméně invazivní a nedošlo ke krvácení. Něco takového je jednoduše nemožné vykonat s pomocí lidských rukou.

K implantaci čipu a vláken s elektrodami bude nutné vyříznutí otvoru o průměru 8 milimetrů v lebce pacienta. Do otvoru poté neurochirurg umístí čip v hermeticky uzavřeném obalu, který posléze zakryje kůží s vlasy, takže čip ani jizva po operaci nebude vidět. Od senzorů mají být pod kůží vedeny tenké drátky k uchu, za kterým bude pod pokožkou schovaná indukční cívka bezdrátově propojená s malým externím zařízením, jež se nosí za uchem a trochu připomíná sluchový aparát. V něm pak bude vysílač Bluetooth a baterie, která napájí celý systém. Je to jediná baterie celého zařízení. Pokud se vybije nebo ji vypnete, systém přestává fungovat.

Bezdrátový modul Neuralinku za uchem (Foto: Neuralink)

Uživatelé budou celý systém kontrolovat pomocí aplikace v chytrém telefonu. Po implantaci a instalaci zařízení bude nejprve potřeba se ho naučit ovládat. To nebude vůbec nic jednoduchého. Max Hodak, prezident Neuralinku, to přirovnává k naučení se hry na klavír. Na druhou stranu ale Elon Musk na prezentaci firmy prozradil, že laboratorní opice s implantovanými senzory jsou již nyní schopny myšlenkami ovládat telefony či počítače. Docela by mě tedy zajímala historie jejich internetového prohlížeče.

Systém Neuralinku je bezesporu nejpokročilejším zařízením svého typu. Verze N1 dokáže pracovat až s deseti tisíci elektrodami, jestliže propojíme deset čipů. Nejpokročilejší podobné zařízení, takzvané Utah Array, mělo elektrod sto. Nejpokročilejší zařízení, které schválila FDA, takzvaná hloubková stimulace mozku (angl. Deep Brain Stimulation) používá při léčbě Parkinsonovy nemoci elektrody čtyři. Čeho bude možné dosáhnout s deseti tisíci elektrodami, to zatím není jasné. Pokud se Neuralinku podaří dostat povolení od FDA na klinické testy na lidských pacientech, dozvíme se to pravděpodobně docela brzy. Je ale evidentní, že slibovaná „magie“ v plné kráse to zatím ještě nebude. I když, jestliže se nad tím trochu zamyslíme, samo ovládání počítače či telefonu pouhými myšlenkami, může být docela magická záležitost. Vezměte si například, že prostřednictvím telefonu (který budete ovládat myšlenkami) můžete třeba řídit autíčko na dálkové ovládání nebo drona. No a není už tohle ovládání autíčka myšlenkami náhodou telekineze?

Jak se bude Neuralink dále rozvíjet? Co firma plánuje v budoucnosti a jak budou vypadat další verze jejího mozkovo-počítačového rozhraní? Mnoho detailů zatím neznáme, ale několik věcí jsme se dozvěděli už na prezentaci N1. Jak tvrdí Elon Musk, dlouhodobým cílem Neuralinku, i když to nyní může znít trochu divně, je dosažení určité formy symbiózy s umělou inteligencí. Co tím přesně myslí, zkusíme odhalit v některém z dalších článků série o Neuralinku. Implantát samozřejmě nebude nikdy ničím povinným, bude věcí zcela dobrovolnou. Ale jak říká Musk, o kterém je známo, že má obavy o naši budoucnost ve světě, který bude řídit umělá inteligence, dokonce i při nejumírněnějším scénáři vývoje našeho soužití s ní, zůstaneme prostě zoufale pozadu. Neuralink má umožnit to, abychom s umělou inteligencí udrželi krok.

Krátkodobějším cílem Neuralinku je léčba nemocí a úrazů mozku. Mělo by jít například o léčbu pomocí takzvané terapie uzavřeného cyklu (angl. closed-loop therapy). Zde jde o vybudování jakéhosi přemostění dvou mozkových oblastí, které mají problém s komunikací mezi sebou. Do každé z postižených částí by měl být implantován jeden senzor a spojení mezi nimi pak bude probíhat bezprostředně přes čip N1. Tímto způsobem může být reálná léčba takových chorob jako Parkinsonova nemoc, dystonie, obsedantně-kompulzivní porucha, epilepsie nebo také deprese a chronické bolesti. Uskutečnitelné by rovněž mohlo být navrácení schopnosti pohybu po úrazech páteře, odvrácení ztráty sluchu, hmatu nebo zraku.

Aplikace Neuralinku pro ovládání mozkového rozhraní (Zdroj: Neuralink)

Z toho, co zaznělo na prezentaci senzorů N1, to vypadá, že Neuralink nechce, aby jeho systém zůstal uzavřený. Naopak Elon Musk prohlásil, že by bylo dobré celé zařízení včetně neurochirurgického robota zpřístupnit k testům akademické obci. Elon dokonce naznačil, že v budoucnu by rovněž mohlo existovat něco jako speciální „app store“, internetový obchod s různými aplikacemi pro mozkové rozhraní, ve kterém by byly ověřené programy z různých zdrojů. Jak ale dodal Max Hodak, Neuralink zde musí být velice opatrný. V žádném případě by nechtěli dopustit, aby se z jejich platformy stal nějaký prostředek k distribuci reklamních spotů.

< Předchozí část  Následující část >

Předchozí články ze série Neuralink pod lupou:




Mohlo by se vám líbit...

Odebírat komentáře
Nastavit upozorňování na
guest
17 Komentáře
nejstarší
nejnovější nejlepší
Inline Feedbacks
Zobrazit všechny komentáře