Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) разрешило компании Илона Маска Neuralink проводить клинические испытания на людях. Чип N1 позволяет передавать сигналы мозга по Bluetooth, чтобы управлять компьютером или смартфоном напрямую при помощи мозговых импульсов. В этой статье мы рассказали о принципах работы чипа N1, его устройстве и процессе имплантации.
Что такое Neuralink
Neuralink — американская нейротехнологическая компания, которая разрабатывает имплантируемые нейроинтерфейсы (BCI). Компания базируется во Фримонте, штат Калифорния. Ее основал Илон Маск вместе с командой из семи ученых и инженеров в 2016 году.
Впервые устройство N1 показали в июле 2019 года, а презентовали в августе 2020 года. В 2021 году компания Neuralink продемонстрировала обезьяну, играющую в игру «Понг» с помощью чипа.
Источник: Steve Jurvetson / Flickr
В 2022 году прошла еще одна презентация, где подробно рассказали об интерфейсе, исследованиях и хирургической инженерии. В 2023 году FDA дали добро Neuralink на проведения клинических испытаний на людях.
Кому поможет нейрочип
Если клинические испытания на людях нейрочипа N1 пройдут успешно, то качество жизни людей с тяжелыми неврологическими заболеваниями станет значительно выше, чем сейчас. Предполагается, что устройство поможет уменьшить или полностью убрать симптомы следующих болезней:
болезнь Паркинсона. Нейродегенеративное заболевание, которое влияет на движения. Чип сможет стимулировать определенные области мозга для облегчения основных симптомов: тремора, скованности, трудностей с равновесием и координацией;
эпилепсия. Неврологическое расстройство, которое характеризуется внезапными эпизодами нарушения чувствительности, потерей сознания или конвульсиями. Предполагается, что устройство поможет предсказывать и предотвращать припадки. Чип будет обнаруживать аномальную электрическую активность в мозге и отвечать на нее электрической стимуляцией;
паралич и травмы спинного мозга. Люди с параличом или травмами спинного мозга смогут восстановить контроль над своими конечностями. Технология потенциально может обойти поврежденные участки нервной системы и позволить мозгу напрямую общаться с мышцами;
депрессия и тревожность. При психических заболеваниях нейрочип будет стимулировать определенные участки мозга, которые связаны с регуляцией настроения;
слепота и глухота. Технология Neuralink сможет обойти поврежденные органы чувств и напрямую стимулировать определенные области мозга, что впоследствии поможет восстановить органы чувств.
Помимо новых возможностей для людей с неврологическими заболеваниями, Илон Маск планирует, что устройство поможет мозгу работать эффективнее. Также чип сможет передавать музыку напрямую в мозг, и с его помощью можно будет общаться телепатически.
Технический обзор устройства N1
Дизайн и структура
Устройство представляет собой компактную систему-на-кристалле (SoC) высокой плотности, предназначенную для клинических приложений. Она изготовлена по 65-нм КМОП-технологии и имеет размеры всего 5x4 мм². SoC состоит из четырех 256-канальных плиток, каждая из которых содержит 256 нейронных усилителей. Она также включает 16 аналого-цифровых преобразователей с регистрами последовательного приближения (SAR ADC), 16-ядерный механизм стимуляции, каждое ядро которого связано с 16 каналами, и механизм измерения импеданса.
Источник: Neuralink
Электроды и нити
N1 взаимодействует с мозгом через 1024 имплантированных электрода. Эти электроды улавливают слабые нейронные сигналы, которые затем усиливаются нейронными усилителями. Усилители расположены в виде сетки 8x8, и каждый усилитель связан с определенным электродом, что обеспечивает независимую конфигурацию. Сигналы от электродов обычно имеют амплитуду менее 10 микровольт, что требует усиления системы от 43 дБ до 60 дБ, чтобы поместить сигналы в 10-битное разрешение встроенного АЦП.
Микросхемы и электроника
SoC включает в себя ряд сложных электронных устройств для обработки нейронных сигналов. Усиленные сигналы оцифровываются АЦП, затем сериализуются и фильтруются цифровым мультиплексором. Сериализованный сигнал отправляется на контроллер, который упаковывает данные и взаимодействует с механизмом сжатия и схемой слияния. Механизм сжатия применяет пороговые значения для обнаружения скачков в определенном диапазоне, уменьшая размер пакетов данных и сжимая сигнал. Схема слияния получает пакеты данных от контроллера, механизма сжатия и де-сериализатора и выбирает, какие пакеты отправить за пределы кристалла через сериализатор.
Аккумулятор и зарядка
Устройство N1 разработано с учетом энергоэффективности, общая потребляемая мощность составляет всего 24,7 мВт. Такое низкое энергопотребление продлевает срок службы батареи устройства и снижает частоту зарядки.
Источник: Neuralink
Процесс имплантации и работы чипа
Имплантация. Устройство размером с монету имплантируется в мозг. Операцию проводит робот-хирург, который вставляет гибкие нити электродов через небольшое отверстие в черепе.
Источник: mikaelhaji.medium.com
Обнаружение сигнала. После имплантации электроды устройства (крошечные датчики) располагаются рядом с нейронами в мозге. Эти электроды «слушают» электрическую активность нейронов, считывая сигналы мозга.
Передача сигнала. Электрические сигналы, которые улавливают электроды, передаются по беспроводной связи от имплантата к внешнему устройству. Беспроводная передача сигнала — это инновация Neuralink. Большинство современных BCI требуют внешних кабелей для подключения к компьютеру.
Декодирование сигнала. Компьютерная система интерпретирует передаваемые сигналы, затем декодирует их в команды или действия. Это может быть что угодно: перемещение курсора на экране, управление роботизированной рукой или потенциальное восстановление зрения.
Петля обратной связи. Устройство Neuralink может не только считывать сигналы из мозга, но и посылать сигналы обратно в мозг. Это обеспечивает двустороннюю связь, позволяя записывать и стимулировать близлежащие нейроны.
Риски при имплантации устройства
Несмотря на точность, с которой робот выполняет процесс имплантации, как и любое хирургическое вмешательство, он сопряжен с определенными рисками. К ним можно отнести инфекции, кровотечения и повреждение тканей мозга.
Источник: Neuralink
Важно отметить, что на самом деле риски сведены к минимуму благодаря строгим хирургическим протоколам, передовым хирургическим техникам и тщательному послеоперационному наблюдению и уходу за пациентами.
Когда технология станет массовой
Сейчас сложно назвать точные сроки, когда применение нейрочипов станет массовым. Многое будет зависеть от результатов клинических испытаний на людях, скорости усовершенствования и масштабирования технологии, а также темпов признания со стороны регулирующих органов и общества. Можно предположить, что первые одобренные применения технологии произойдут в течение следующих пяти-десяти лет, то есть в конце 2020-х — начале 2030-х годов, а массовое использование устройств начнется к середине или концу 2030-х годов.
Комментарии (20)
Helldar
07.06.2023 10:11+1При психических заболеваниях нейрочип будет стимулировать определенные участки мозга, которые связаны с регуляцией настроения
Или государство будет регулировать настроение общественности "программируя" таким образом людей на определённое поведение, а это будет 100%.
с его помощью можно будет общаться телепатически
Нет, с его помощью можно будет общаться с его помощью. Телепатия не предполагает использование каких-либо устройств в процессе передачи мыслей, образов и чувств другому мозгу или организму на расстоянии.
Vsevo10d
07.06.2023 10:11+2Хирургический процесс Neuralink
Источник: mikaelhaji.medium.com
Они даже dura matter сверху не натянули?
N1 взаимодействует с мозгом через 1024 имплантированных электрода.
Короче, немного лучше, чем описанное тут. Но только сетчатка - гомогенная по структуре и функциональности ткань, а на что надеются, втыкая на шару в кору - не очень ясно.
Предполагается, что устройство поможет уменьшить или полностью убрать симптомы следующих болезней:
болезнь Паркинсона. Нейродегенеративное заболевание, которое влияет на движения. Чип сможет стимулировать определенные области мозга для облегчения основных симптомов: тремора, скованности, трудностей с равновесием и координацией;
Эм, нет. Там идет нарушение регуляции в глубоко лежащих структурах, которые модулируют сигнал перед передачей их в моторную кору - прямого и непрямого путей взаимодействия нигростриатных структур и таламуса. И как именно ее надо стимулировать, чтобы вызвать контролируемые движения - тоже никто не знает, я гарантирую это. И наверняка это не получится делать, управляя всего тысячью нейронов (да и убьете вы при имплантации не меньше десятка тысяч).
Чип будет обнаруживать аномальную электрическую активность в мозге и отвечать на нее электрической стимуляцией
Сначала очаг обнаружит врач, а потом уже туда поставят чип, который будет обучен по обратной связи распознавать и давать... какой-то разряд... да не, если уж будет показание на операцию на мозге, пойдут путем разрушения очага патологической активности.
Технология потенциально может обойти поврежденные участки нервной системы и позволить мозгу напрямую общаться с мышцами
Полмиллиона аксонов заменить тысячью электродов? Серджио Канаверо одобряет.
депрессия и тревожность. При психических заболеваниях нейрочип будет стимулировать определенные участки мозга, которые связаны с регуляцией настроения;
Так там н
е смеситель надо менять, а всю системуне определенные участки мозга как-то не так работают, а на молекулярном уровне у нейронов определенного типа патологически изменена выработка нейромедиаторов, работа рецепторов, система обратного захвата, и корректируется это тоже приемом соответствующих агонистов и другой фармы, зачем бедных нейронов, которые не справляются, еще и током стимулировать? Эх, как же просто все в мозгу у визионеров.
victor_1212
07.06.2023 10:11> как же просто все в мозгу у визионеров
вполне понимаю Ваши аргументы, насколько знаю есть надежды собрать экспериментальный материал, типа создать базу данных, и на основе постепенно разработать подходящие алгоритмы, тогда можно будет лучше понять что возможно и куда плыть, заметим что это приоритетное направление darpa, соответственно далеко не все доступно для печати, работы финансировались задолго до того как Маск заинтересовался
isden
07.06.2023 10:11зачем бедных нейронов, которые не справляются, еще и током стимулировать?
А вроде были опытные имплантации подобных стимуляторов как раз таки для лечения депрессии (когда фарма не помогала).
Vsevo10d
07.06.2023 10:11"Когда фарма не помогает" - это называется операцией отчаяния, когда вред от прямого вмешательства на мозге все же меньше, чем перспективы невмешательства. Например, тяжелые случаи гидроцефалии, когда начинают дренировать жидкость, или ваш пример с депрессией, когда есть риск, что человек суициднется, или таламотомия при Паркинсоне.
Тогда да, можно заманить пациента подписать консент на пробный метод лечения без каких-то гарантий на улучшение. Это для исследователей ценный материал, поскольку мышь, на которой операция не получилась, можно выбросить в ведро, а человека к счастью в наше время уже/еще нельзя, поэтому на такое соглашаются единицы, но массовыми такие методы могут стать в случае безукоризненного успеха. Чтоб никаких историй как с лоботомией.
Такой вариант возможен и даже может помочь людям, но явно не про коммерческое использование.
positron48
07.06.2023 10:11+1Полмиллиона аксонов заменить тысячью электродов?
Бионические протезы, работающие на единичных сенсорах? Полной замены не обеспечить, но частично вернуть функциональность думаю возможно.
Vsevo10d
07.06.2023 10:11Я вам так скажу, основная проблема подобных систем - материаловедческая. Тут нужно копать в сторону каких-то лютых композитов, обладающих следующими свойствами: не провоспалительные, не ростостимулирующие, не гидрофильные, хоть немного токопроводящие, не метаболизируемые, не подверженные электрохимической коррозии. Кто такое разработает - тот король всех имплантов на Земле.
А дальше уже решаем следующие проблемы. Вы же помните, были такие - проводные наушники? Помните, как они запутывались в кармане? А теперь представьте себе ком
глистовтаких наушников диаметром в метр. Представили? А теперь тычьте в него поленом толщиной в руку, до самого центра. Это примерно что происходит с нейронами при введении самого тонкого электрода. Только они не раздвигаются от такого пенетрейшена, а по большей части лопаются.positron48
07.06.2023 10:11То есть количество электродов уже не проблема, проблема материаловедение?
Насколько помню первые X презентаций neuralink были посвящены в том числе этому и в том числе хантингу людей, которые в этом разбираются. Так что тут скорее люди как раз вполне понимают ваши опасения.
Аналогия с наушниками и бревном также неверна. толщина вводимой нити 4-6 мкм, размер нейрона от 4 до 150 мкм.
Vsevo10d
07.06.2023 10:11толщина вводимой нити 4-6 мкм, размер нейрона от 4 до 150 мкм
Нет, все-таки сома нейрона человека в мозгу - это 8-10 мкм, а толщина аксона - около 1 мкм. Я их много повидал. Я может и перегнул с масштабом, но клетка с мембраной в две молекулы липида толщиной совершенно точно рвётся при механическом контакте с куском металла.
Vycha
07.06.2023 10:11Для массового использования - тупиковый путь. Не представляю себе обычного человека (не с заболеванием или техно гика), который, в здравом уме, позволит себе в мозг 1024 электрода имплантировать. Будущее явно за технологиями неинвазивного считывания и передачи сигналов в мозг.
Вот если будет серебристая наклеечка на висок с синей микролампочкой с аналогичными функциями за 3500$ - все сами себе поналепят, тк это будет модно, удобно и не страшно.
StollmanID
07.06.2023 10:11Также чип сможет передавать музыку напрямую в мозг, и с его помощью можно будет общаться телепатически.
Вот так и появится мыслеполиция из 1984. Если сейчас спецслужбы имеют доступ к личным перепискам в многих мессенджерах и соц-сетях, то страшно представить уровень, на который выйдет это наблюдение с такими технологиями.
LevOrdabesov
07.06.2023 10:11Главное – кто будет наблюдать. Вокруг такие же люди, как и вы; почему одни наблюдают за другими – вот вопрос. А также зачем
это всё; судя по последним тендециям, общим благом и прочими подвигами и достижениями ради прогресса всего человечества скоро не заманить будет даже китайцев с северокорейцами.
wtigga
Это как?
Sild
выглядит как 20 мм^2
xxcapit
Где-то пишут, что Neuralink N1 представляет собой 4-миллиметровый квадратный чип, его размеры составляют 4 мм х 4 мм. Так что даже чуть меньше. В общем, там технически есть разные части чипа. Внутренняя, скорее всего, как раз и составляет этот маленький размер.
https://www.sciencefocus.com/future-technology/everything-you-need-to-know-about-neuralink/