В январе этого года первый парализованный доброволец перенёс операцию по установке в черепную коробку импланта Neuralink, который позволил ему научиться управлять курсором на ноутбуке буквально при помощи мысли. Компания на этой неделе опубликовала видео, демонстрирующие обретённые после этой операции добровольцем новые физические возможности.

Источник изображения: Neuralink, X

В ходе трансляции, которую Neuralink предсказуемо осуществляла на платформе X Илона Маска (Elon Musk), представитель компании представил аудитории 29-летнего Ноланда Арбоу (Noland Arbaugh), который восемь лет назад получил травму спинного мозга и утратил подвижность всех четырёх конечностей. Как пояснил сам находящийся в специальном кресле пациент, он не может двигать руками и ногами, а также не чувствует ничего ниже уровня плеч.

При этом сам доброволец находился во время трансляции в прекрасном расположении духа, много улыбался и шутил. По его словам, операцию по установке импланта он перенёс очень легко, из больницы его выписали уже на следующий день. После некоторой тренировки и настройки оборудования он научился управлять с помощью мысли курсором на экране ноутбука, и в первые дни появление подобной возможности настолько будоражило его эмоционально, что он просыпался в шесть утра и с нетерпением ждал, когда получит доступ к заветному ноутбуку.

Попробовав свои силы в стратегической игре Civilization VI и шахматах, Ноланд Арбоу отдал предпочтение последним, и на каком-то этапе так увлёкся этим занятием, что с большим трудом дожидался момента, пока аккумулятор вживлённого импланта будет снова заряжен для продолжения экспериментов. Напомним, что заряда импланта хватает на несколько часов непрерывной работы, затем его нужно восполнять при помощи специальной подушки с функцией беспроводной зарядки. Предполагается, что у серийной версии зарядка будет происходить, пока пациент находится в кровати и спит.

Первый пациент с мозговым имплантом Neuralink признался, что технологии этой компании не лишены недостатков, но он убеждён, что она находится в самом начале пути, и уже в нынешнем виде её разработки сильно изменили его жизнь. Опрошенные CNBC эксперты пояснили, что прочие разработчики нейроинтерфейсов добились схожих результатов задолго до Neuralink, а вот активность этой компании с точки зрения научных публикаций пока крайне низка. Пройдёт несколько месяцев, прежде чем регуляторы в США разрешат Neuralink провести операции на других добровольцах, а позже приступить к серийному производству имплантов и их установке. Представители компании заявили, что она надеется в будущем научиться восстанавливать утраченное зрение при помощи своих имплантов.

Прошлый месяц компания Neuralink Илона Маска (Elon Musk) завершила сообщением об удачной имплантации чипа в мозг человека, и к настоящему времени он не только полностью восстановился после операции, но и начал управлять курсором на экране компьютера при помощи электронного импланта. Об этом основатель компании заявил в начале текущей недели.

Источник изображения: Neuralink

Эти слова, по данным Reuters, прозвучали из уст Илона Маска в сервисе аудиочатов Spaces на страницах принадлежащей ему социальной сети X: «Наблюдается хороший прогресс, пациент полностью восстановился, насколько можно судить, наблюдаем за влиянием операции на его нервную систему. Пациент способен двигать курсором мыши по экрану только за счёт усилия воли». По словам Маска, сейчас команда Neuralink пытается научить пациента нажимать на кнопку виртуальной мышки максимально часто. Это в перспективе позволит ускорить взаимодействие парализованного пациента с компьютером и со временем даст ему возможность управлять, например, бионическими протезами.

Разрешение на клинические испытания своего мозгового импланта на людях Neuralink получила от американских надзорных органов в сентябре прошлого года. Если всё пойдёт по плану, в текущем году компания проведёт ещё десять операций на людях, а в следующем увеличить это количество ещё на 27 человек. К концу десятилетия Neuralink рассчитывает проводить по 22 204 операции ежегодно, а к 2028 году получать по $100 млн выручки ежегодно. В 2022 году компания провела 294 операции на животных, Илон Маск также заявил, что непосредственно от вживления чипа в мозг не погибла ни одна подопытная обезьяна.

Непосредственно операция по вживлению электродов в головной мозг и установке импланта в черепной коробке занимает до двух с половиной часов, на самых ответственных этапах применяются специальные роботы, но в идеале Маск хотел бы сократить время процедуры до 15 минут. В перспективе на одном заряде встроенного аккумулятора имплант будет способен работать по 11 часов, а у владельца появится возможность заряжать его через подушку во время сна.

Недавно Илон Маск (Elon Musk) сообщил, что его компании Neuralink впервые удалось имплантировать чип в человеческий мозг. Эта процедура стала ещё одним шагом к реализации обещания Маска подключать человеческий мозг напрямую к компьютерам. По его мнению, это однажды позволит людям соответствовать возможностям продвинутого ИИ. Заявления Маска часто вызывают неприятие со стороны конкурентов, но при этом помогают «приблизить эту область к реальности».

Источник изображения: unsplash.com

Подобные импланты уже много лет являются основным объектом разработки и исследований ведущих научных лабораторий. По крайней мере трём конкурирующим стартапам удалось установить электроды в мозг человека и использовать их для сбора и интерпретации его сигналов. Но именно Маск «действительно привлёк внимание и инвестиции к этой области», — вынужден признать Том Оксли (Tom Oxley), исполнительный директор компании Synchron, которая ещё в 2019 году провела первые испытания мозговых имплантов на людях и к настоящему моменту привлекла $130 млн инвестиций.

Обеспечение бурной огласки своих усилий при минимуме доказательств «это то, что Илон Маск делает лучше, чем кто-либо другой», уверена Энн Ванхёстенберг (Anne Vanhoestenberghe), профессор активных имплантируемых медицинских устройств в Королевском колледже Лондона. «Они [Neuralink] впереди? Нет. Их технология уникальна? Нет, ничто из того, что я видела, не является чем-то новым», — добавила она, признав при этом, что компания Маска является «очень продвинутой» и «самой современной» в этой области.

Маск уже давно использует своих многочисленных поклонников в социальной сети X и других средствах массовой информации в качестве стратегического оружия для привлечения капитала и талантов в свои предприятия. Это преимущество он реализовывает, чтобы составить конкуренцию OpenAI, создав намного позже свою компанию xAI для разработки ИИ. А Neuralink, благодаря его маркетинговым усилиям, привлекла почти $700 млн, включив в число своих соучредителей некоторые лучшие умы в этой области.

Однако амбициозные заявления Маска имеют и обратную сторону — по мнению профессора университета Иллинойса Юрия Власова они привели к «огромному бремени завышенных ожиданий». И всё же нужно признать, что заявления Маска пролили свет на технологию, начавшую приносить многообещающие результаты, хотя совсем недавно она многим казалась надуманной и бесперспективной.

Источник изображения: Neuralink

Работа над мозговыми компьютерными интерфейсами (BCI — Brain-computer interface) началась два десятилетия назад, но темпы исследований были невысоки. После основания Neuralink в 2016 году Маск пообещал провести испытания на людях уже в 2020 году, для чего изо всех сил пытался получить одобрение Управления по контролю за продуктами и лекарствами США.

BCI стали реальностью в результате достижений в области миниатюризации полупроводников, развития систем считывания сигналов мозга и использования машинного обучения для расшифровки сигналов мозга и использования их для управления компьютерным курсором или протезом конечности.

На сегодняшний день представлено несколько разных подходов к BCI. Метод Neuralink включает в себя введение чрезвычайно тонких нитевидных электродов в ткань мозга с целью сбора электрических сигналов от отдельных или небольших групп нейронов. Процедура требует удаления части черепа для доступа робота-хирурга, которого Маск называет «швейной машиной». Neuralink показала видео, на которых обезьяны используют свои импланты для игры в понг на компьютере. Однако последствия длительного нахождения электродов рядом с тканями мозга ещё недостаточно исследованы.

Источник изображения: Neuralink

Другие методы предполагают некий компромисс между инвазивностью (и рисками) имплантов и качеством собираемой информации. Компания Precision Neuroscience, соучредителем которой является Бенджамин Рапопорт (Benjamin Rapoport), нейрохирург и один из основателей Neuralink, делает крошечные разрезы в черепе, инсталлируя через них сетку микроэлектродов, которая «обёртывается» вокруг мозга. Хотя этот менее инвазивный метод собирает меньше данных, чем электроды Neuralink, он все равно должен давать достаточно данных для управления протезом конечности.

Компания Synchron вводит свои датчики в череп через вену, во многом аналогично имплантации коронарного стента — метод, который, как она надеется, позволит имплантациям головного мозга стать рутинной процедурой. Мозговой сигнал, полученный таким методом, менее детальный, но достаточно сильный, чтобы технология стала применима для массового производства. Synchron стремится направлять сигналы мозга для управления смартфоном или планшетом, предоставляя пациентам с частичным параличом больше способов общения и контроля над окружающей средой.

Учёные проводили испытания на людях с использованием других методов и добились значительных успехов в интерпретации сигналов мозга. Так, исследовательская команда из Стэнфордского университета в 2021 году сообщала о преобразовании сигналов мозга парализованного человека в текст на компьютере.

По мнению Алекса Моргана (Alex Morgan), инвестирующего в нейротехнологии, различные подходы и методы могут привести к созданию целого ряда продуктов. «Это не технология, по которой победитель получает все», — считает он. Самая большая проблема по-прежнему состоит в интерпретации сигналов мозга, поэтому трудно сказать, когда технология сможет делать больше, чем просто перемещать компьютерный курсор или активировать простые движения протезов конечностей.

Сейчас стартапы, работающие над интерфейсами для мозга и компьютера, объединились с целью разработать импланты для пациентов с наиболее тяжёлыми формами паралича. Пока это очень далеко от технологии, улучшающей разум, о которой мечтает Маск. По мнению Рапопорта, это дело далёкого будущего, хотя он «не думает, что это невообразимо».

Долгое время добивавшаяся права начать клинические испытания на людях компания Neuralink в этом году уже провела первую операцию по вживлению в головной мозг пациента импланта, позволяющего наладить взаимодействие с компьютером. До этого сообщалось, что в общей сложности в текущем году такие операции будут проведены на 11 пациентах из числа добровольцев.

Источник изображения: Neuralink

Идти на такой риск в большинстве случаев людей толкают тяжёлые нарушения моторных функций, которые не позволяют им двигать конечностями самостоятельно. Neuralink рассчитывает настроить интерфейс между человеческим мозгом и компьютером таким образом, чтобы пациенты смогли эффективно управлять бионическими протезами или экзоскелетами, а в идеале начали бы двигать собственными конечностями.

Вчера Илон Маск на страницах принадлежащей ему социальной сети X признался, что первый человек получил имплант Neuralink и теперь идёт на поправку после операции. Напомним, что небольшой имплант цилиндрической формы устанавливается в отверстие в черепной коробке человека, а с головным мозгом он соединяется тончайшими электродами. По замыслу компании, проводить подобные операции должны специализированные роботы. Илон Маск добавил, что первые результаты обнадёживают, поскольку импланту уже удаётся регистрировать активность нейронов пациента.

Компания уже придумала название для своего импланта, который планирует выпускать серийно в случае успеха клинических испытаний. Обозначаемый как Telepathy, он должен позволять человеку управлять смартфоном или компьютером, а также любым другим устройством, «буквально силой мысли». Целью стартапа, по словам Маска, является помощь людям с тяжёлыми нарушениями во взаимодействии мозга с нервной системой. «Представьте себе, если бы Стивен Хокинг мог бы общаться быстрее, чем опытная машинистка набирает текст или произносит слова аукционист», — привёл пример глава компании.

Напомним, что на предыдущих этапах испытаний решение Neuralink использовалось подопытными обезьянами для контроля предметов в компьютерных играх при помощи сигналов головного мозга. Макака с вживлённым чипом, например, играла в пинг-понг на дисплее компьютера. Первично компания хотела перейти к испытаниям импланта на людях к концу 2019 года, но разрешение удалось получить только в прошлом. Электроды, которые проникают в кору головного мозга пациента, углубляются в неё менее чем на 2 миллиметра, но это больше основной части конкурирующих решений. Обычно для тестирования имплантов на первой группе из пяти или десяти пациентов требуется около шести месяцев. Если на этом этапе всё проходит удачно, компания сможет расширить свои испытания. По мнению научных консультантов Neuralink, прежде чем мозговые импланты компании будут одобрены к массовому применению, пройдут годы.

Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте создали новый класс зондов для управления активностью мозга. Зонд используется в новой науке оптогенетике. С помощью крошечных светодиодов на конце зонда можно управлять активностью нейронов, затормаживая или возбуждая сигналы в нервных тканях мозга. Этот инструмент позволяет точно привязать реакцию к тому или иному участку мозга и, тем самым, внести больше ясности в его работу.

Источник изображения: University of Massachusetts

Оптогенетике чуть меньше 20 лет. Она строится на том, что гены нейронов изменяются таким образом, что у них появляется новый канал для возбуждения и торможения. Это оптический канал. С помощью света нужной длины волны активность нейрона может тормозиться, а с помощью света с другой длины волны — возбуждаться. Помимо этого остаётся работать обычный канал передачи активности мозга — синаптический. Мозг работает, как обычно, но в нейронной сети как бы появляются светофоры, которые по команде оператора регулируют распространение сигналов и, следовательно, нервные реакции мозга и организма в целом.

Большинство современных зондов в оптогенетике работают на одной волне, иначе говоря — светятся одним цветом. Каждый из них либо тормозит активность нейронов, либо возбуждает. Заслугой коллектива Массачусетского университета в Амхерсте стала разработка предельно малого двухцветного зонда шириной 0,2 мм и толщиной 0,05 мм. На этом конце поместился один красный MicroLED и один синий. Один тормозит нейрон в зоне своего воздействия, а другой возбуждает. Это позволяет учёным быстрее определять, за что отвечает зондируемая группа нейронов.

В современной медицине торможение нейронов часто используется для подавления приступов эпилепсии. Изучая эти механизмы на мозге мышей, для которых эти зонды созданы, можно помочь в лечении этой болезни и других расстройств. Наконец, более точный зонд с расширенной функциональностью углубит наши знания о строении мозга и о работе его отделов, где пресловутых белых пятен осталось больше, чем неизведанных мест на нашей планете.

Чем глубже в мозг проникают сверхчувствительные датчики учёных, тем точнее сигналы и лучше декодирование мыслей. Однако хотелось бы научиться распознавать мысленную речь без хирургического вмешательства. Это было бы проще и безопаснее. Шаг в этом направлении сделали учёные из Австралии, показав возможность довольно точного распознавания мыслей пациентов без установки датчиков внутрь головного мозга.

Источник изображения: UTS

Для считывания активности мозга была использована простая шапочка с электродами. Она снимала электроэнцефалограмму (ЭЭГ) — это рутинная, в общем-то, процедура для установки множества диагнозов, связанных с работой мозга. Эта процедура разрешена даже для детей и не несёт никакой опасности для пациента. Читать с её помощью мысли, конечно же, нельзя. Поэтому на следующем этапе учёные добавили к ЭЭГ большую языковую модель (LLM) и открытый набор данных ZuCo, что сразу перевело разработку в разряд перспективных.

Пакет ZuCo содержит данные о траектории движения глаз пациента в процессе чтения в сочетании с показаниями ЭЭГ. Как долго взгляд задерживается на слове, куда и в каком темпе перепрыгивает и другое. В сочетании с ИИ (с большой языковой моделью) и данными с ЭЭГ возникают сопоставления, которые транслируются в текст.

Исследователи из Технологического университета Сиднея (UTS) создали платформу DeWave LLM, которую протестировали на 29 добровольцах. Оказалось, что точность распознавания мысленно произнесённых фраз в среднем составляет 42,8 % в рамках двуязычной оценочной методики машинного перевода BLEU-1. Довольно неплохо для неинвазивной технологии чтения мыслей.

При этом система часто использовала синонимы вместо реально произнесённых пациентом слов и лучше понимала глаголы, что можно объяснить ограниченным набором данных. Впрочем, простор для улучшения методики есть, и опыт это хорошо показал. В любом случае, это лучше, чем ничего, а для страдающих проблемами речи людей это возможность вернуться к живому общению.

Австралийские учёные приступили к созданию суперкомпьютера, имитирующего самую эффективную в мире обучающуюся машину — речь идёт о нейроморфной системе, способной выполнять те же 228 трлн синаптических операций в секунду, что и человеческий мозг.

Источник изображения: westernsydney.edu.au

По мере вступления эпохи искусственного интеллекта в свои права приходит понимание, что этот технологический скачок является одним из наиболее значительных в истории цивилизации, и скоро ИИ глубоко проникнет во все сферы нашей жизни. Но ему требуются колоссальные вычислительные мощности, и при сохранении нынешней тенденции, когда NVIDIA является единственным поставщиком ИИ-ускорителей, отрасль рискует выйти на энергопотребление, сравнимое с нуждами небольших стран. При этом человеческий мозг так и остаётся самым совершенным компьютером, потребляющим всего 20 Вт энергии.

Это побудило учёных из Университета Западного Сиднея (Австралия) запустить проект по созданию нейроморфного суперкомпьютера DeepSouth — первой в мире машины, моделирующей импульсные нейронные сети в масштабах человеческого мозга. «Прогресс в понимании того, как мозг производит вычисления при помощи нейронов, сдерживает наша неспособность моделировать подобные мозгу сети в больших масштабах. Смоделированные импульсные нейросети на стандартных компьютерах с использованием графических (GPU) и многоядерных центральных процессоров (CPU) слишком медленны и энергоёмки. Наша система это изменит. Платформа поможет улучшить наше понимание мозга и разработать вычислительные приложения в масштабах мозга в различных областях, включая сенсорику, биомедицину, робототехнику, космос и крупномасштабные приложения искусственного интеллекта», — прокомментировал проект профессор Андре ван Шайк (André van Schaik), директор Международного центра нейроморфных систем при Университете Западного Сиднея.

Как ожидается, DeepSouth будет запущен в апреле 2024 года. Он сможет обрабатывать большие объёмы данных с высокой скоростью, оставаясь меньше других суперкомпьютеров и потребляя гораздо меньше энергии благодаря архитектуре импульсной нейронной сети, говорят учёные. Система является модульной и масштабируемой — она содержит доступное на рынке оборудование, а значит, в будущем её можно будет расширять или, напротив, сокращать для решения конкретных задач. Цель проекта — приблизить системы ИИ к механизмам работы человеческого мозга, изучить механизмы работы мозга и при благополучном исходе добиться успехов, актуальных в других областях.

Примечательно, что другие исследователи подошли к той же проблеме с диаметрально противоположной стороны: недавно американские учёные вырастили ткань человеческого мозга, подключили её к компьютеру и добились впечатляющих результатов.

Основанная Илоном Маском (Elon Musk) и группой учёных в 2016 году компания Neuralink ставит перед собой задачу создания мозговых имплантов, которые в идеале не только позволят частично вернуть людям с ограниченными возможностями способность общаться с окружающими, но и буквально поставить на ноги тех, кто был парализован. Получив разрешение на проведение испытаний на людях, Neuralink уже в следующем году собирается прооперировать 11 пациентов.

Источник изображения: Neuralink

Как поясняет Bloomberg в своём обширном материале на эту тему, Илону Маску удалось несколько ускорить процедуру одобрения клинических испытаний имплантов Neuralink на людях, поскольку обычный порядок подразумевает, что первый пациент после успешной операции должен наблюдаться у специалистов на протяжении одного года, и только после этого компания могла бы получить разрешение на проведение последующих операций. В действительности же агентство FDA пошло на уступки Neuralink, и разрешило компании провести клинические испытания имплантов сразу на 11 пациентов, которые должны быть прооперированы в следующем году.

Себестоимость каждой операции Neuralink компания оценивает в $10 500, но страховым компаниям придётся выложить по $40 000 за каждого пациента. Стартап уже получил обращения от тысяч пациентов, но к следующем году будут отобраны 11 добровольцев для первой фазы эксперимента. В идеале, как отмечает Bloomberg, каждый из участников эксперимента должен быть моложе 40 лет и страдать от паралича верхних и нижних конечностей.

На первом этапе вживления импланта хирург должен будет вырезать круглое отверстие в черепной коробке пациента над той областью человеческого мозга, которая отвечает за подвижность конечностей. Разработанный Neuralink медицинский робот затем внедрит в кору головного мозга 16 тончайших покрытых полимерной оболочкой шлейфов, объединяющих несколько электродов, каждый из которых в 14 раз тоньше человеческого волоса и имеет диаметр не более 5 мкм. Столь филигранные манипуляции нельзя доверить хирургу, а потому данная часть операции автоматизирована. Затем в отверстие в черепной коробке заподлицо с поверхностью устанавливается миникомпьютер, который по диаметру близок к пятирублёвой монете. Вживлённые в мозг электроды соединяются с выводами этого миникомпьютера. На все этапы операции должно уходить около двух с половиной часов, хотя Илон Маск в идеале хотел бы сократить это время до 15 минут.

В отличие от изделий большинства конкурентов, имплант Neuralink способен передавать информацию по беспроводному интерфейсу, а ёмкости его аккумулятора хватает на несколько часов работы, после чего его можно подзарядить беспроводным способом, надев на пациента специальную кепку на пару часов. В следующих версиях имплант должен получить до 128 тончайших шлейфов, вживляемых в кору головного мозга, а время работы от аккумулятора будет увеличено до 11 часов. В идеале, как заявляют представители Neuralink, пациент должен иметь возможность заряжать имплант во сне через устройство, встроенное в подушку.

В 2025 году компания рассчитывает вживить людям 27 имплантов, в 2026 году провести операции ещё на 79 пациентах, в 2027 году выйти на 499 операций, а к 2030 году освоить 22 204 операций ежегодно. Через пять лет компания рассчитывает получать выручку от проведения операций в размере $100 млн в год. Помимо робота собственной разработки, Neuralink самостоятельно разрабатывает и изготавливает полупроводниковые компоненты. Имплант не должен нагреваться во время работы или каким-то иным образом беспокоить пациента, поэтому многие компоненты на данном этапе компания разрабатывает и выпускает собственными силами. В 2021 году около 12 хирургических роботов имплантировали чипы 155 животным, в прошлом году количество операций возросло до 294 штук.

В идеале Neuralink рассчитывает разработать и отдельный имплант для спинного мозга, который позволит вернуть подвижность паралитикам. Имплант для головного мозга будет использоваться для восстановления возможности общаться с внешним миром (хотя бы через компьютер), а также управлять бионическими протезами. Имплант для спинного мозга позволит вернуть подвижность собственным конечностям пациента. Проживающие в лабораториях обезьяны, которым Neuralink на протяжении трёх последних лет устанавливает мозговые импланты, уже научились управлять компьютерным курсором в играх. Помимо пресловутой игры в пинг-понг, они освоили передвижение курсора силой мысли по матрице из 35 квадратных ячеек, которые подсвечиваются в произвольном порядке. По мере тренировки конкретного подопытного животного возрастает и скорость управления курсором.

В долгосрочной перспективе, как отмечает один из основателей Neuralink Ди-Джей Сео (DJ Seo), целью компании является предоставление возможности миллиардам людей раскрыть их потенциал и превзойти наши биологические способности. С момента своего основания в 2016 году Neuralink удалось привлечь около $600 млн на развитие, но следующий год станет переломным в истории компании, если запланированные испытания на людях окажутся успешными.

Исследователи из Университета Дьюка создали мозговой имплантат, который может обеспечить общение на основе одних только мыслей. Устройство призвано помочь людям, страдающим речевыми расстройствами или неспособными на вербальное общение по тем или иным причинам. Первые опыты показали хорошие перспективы разработки.

Источник изображений: Dan Vahaba/Duke University

Эксперименты по преобразованию мозговой активности в текст и голосовое общение путём сканирования сигналов головного мозга пациентов позволяют сегодня транслировать «мысли» в слова со скоростью до 78 слов в минуту. Это как слушать аудиокнигу на вдвое меньшей скорости, заявляют авторы исследования. Обычно человек проговаривает до 160 слов в минуту, что делает общение живым и естественным. Чтобы люди с поражением речевого аппарата также могли участвовать в таком общении, им нужны более точные датчики мозговой активности.

Группа учёных из Университета Дьюка совместно с лабораторией биомедицинской инженерии университета создали датчик активности мозга с 256 сенсорами на кусочке пластика размером с почтовую марку. Новый датчик способен улавливать сигналы от одиночных нейронов, что позволяет с высокой точностью определять их активность.

Учёные не собирались читать мысли напрямую. Но по комплексу сигналов для мышц речевого аппарата — языка, гортани и лицевых — они рассчитывали с высокой точностью определять невысказанные вслух мысли пациентов (речью управляют до 100 мышц, за сигналами к которым необходимо следить). Таким образом, мысленно произнесённая фраза должна была транслироваться в сигналы мышцам, и по этим прямо считанным с мозга данным нужно было воспроизвести всё, что пациент собирался сказать. В случае пациента с поражением речевого аппарата мысли так бы и остались в коре головного мозга и дальше сигналы бы не прошли, но считанные датчиком они получили возможность быть воспроизведёнными компьютером.

Эксперимент с четырьмя пациентами показал, что средняя точность распознавания мысленно произнесённых слов составляет 40 %, а максимальная — 84 %. Алгоритм распознавания обучался в режиме «слушай и повторяй». Пациент произносил бессмысленные короткие сочетания букв, на которых алгоритм учился распознавать мозговую активность для того или иного сочетания звуков.

Слева старый менее чувствительный датчик, справа — новый, с которым проводили эксперимент

Несмотря на относительно низкий процент распознавания звуков, команда учёных говорит об успехе. Дело в том, что алгоритм обучался всего 90 секунд в ходе 15-минутного тестирования. Ровно столько времени было у экспериментаторов с каждым пациентом. Это происходило в ходе плановых операций на мозге пациентов. Когда нейрохирурги заканчивали операцию, они давали учёным 15 минут поработать с пациентами над их программой. Без доступа к открытому мозгу, на определённый участок коры которого напрямую устанавливался датчик, работа не могла быть проделана.

На следующем этапе учёные собираются создать беспроводные датчики, чтобы работать с пациентами в обычных условиях, а не в операционной. Когда-нибудь это приведёт к появлению удобных мозговых имплантатов для трансляции мыслей в речь или цифровые сообщения.

Американский стартап Niura разработал наушники-вкладыши для постоянного слежения за здоровьем мозга. Своевременно обнаружить нарушения в работе мозга, например, инсульт, означает спасти человеку здоровье и жизнь. В качестве бонуса технология Niura обещает создать рекомендательный сервис по предложению музыки на основе слежения за настроением пользователя, тем самым оберегая уже душевное здоровье человека.

Источник изображений: Niura

Стартап вырос из личных переживаний его организаторов, ближайшие родственники которых пострадали от поражений головного мозга. Сначала проект был создан на базе Arduino, и лишь затем был реализован в виде компактной платы со сторонами 20 × 12 мм, которая помещается в относительно компактные наушники.

Ключевым элементом устройства являются сухие силиконовые датчики-контакты, которые размещены по периметру наушников. Они обеспечивают достаточно хороший контакт с кожей и, по словам компании, не снижают чувствительность при обильном потоотделении.

Решение Niura простое в использовании и может использоваться постоянно в отличие от обычных датчиков для снятия электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Это особенно важно, например, в ходе проведения операций на головном мозге. В обычных условиях ЭЭГ снимается до и после проведения операции, а с помощью наушников Niura это можно делать непосредственно в процессе проведения операции.

Близость внутриушного электрода наушников Niura к слуховой коре головного мозга, которая отвечает за обработку музыки и аудио, обещает раскрыть ещё один потенциал устройства. Наушники смогут различать настроение пользователей, и с помощью рекомендательного ИИ-сервиса будут воспроизводить музыку, соответствующую душевному состоянию.

Данные с наушников передаются в смартфон, где происходит их обработка. На всех этапах происходит шифрование трафика и данных в соответствии с требованиями американских регуляторов. Компания получила ряд предварительных патентов на ключевые технологии и ведёт переговоры с ведущими мировыми брендами о выпуске коммерческой продукции на основе платформы Niura. Самостоятельно этим она заниматься не будет. Будет только предоставлять лицензии.

Исследователи Калифорнийского университета (UC) в Беркли впервые получили музыкальную композицию, воссозданную по сигналам из мозга человека. Пациенты прослушивали трек «Another Brick in the Wall (Part 1)» группы Pink Floyd, а имплантированные в мозг датчики снимали показания. Различение ритма и мелодии в сигналах мозга поможет разработать имплантаты для людей, страдающих нарушениями в области восприятия речи и эмоций и не только.

Источник изображения: Pixabay

Для поиска зон мозга, ответственных за восприятие музыки в широком смысле этого слова, в мозг 29 пациентов были имплантированы по 2268 электродов. Всем им ставили композицию Pink Floyd «Ещё один кирпич в стене», ставшую классикой рока. Параллельно прослушиванию с датчиков снимались показания мозговой активности, которые затем расшифровывали с помощью линейного и нелинейного ИИ-алгоритма.

Что в итоге получилось, можно прослушать в ролике ниже. Ценители Pink Floyd могут прийти в ужас от услышанного. С другой стороны, мозг может служить своеобразным фильтром, придающим композиции новизну и определённую оригинальность. Нельзя исключать, что это, в том числе, приведёт к появлению новых музыкальных находок и даже направлений.

При поиске ориентированных на музыку областей в головном мозге учёные решали другую задачу. Есть большой класс пациентов, страдающих от нарушений в восприятии и воспроизведении речи. В общем случае это называется просодией. Просодия подразумевает невозможность выделить в речи эмоции, ударения, акценты и другие нюансы, что сильно ограничивает страдающих ею в социализации. Считывание мелодии прямо с мозга помогло определить центры, отвечающие за мелодику и ритм. Фактически это путь к преодолению недуга с помощью имплантатов и ИИ-алгоритмов.

Источник изображения: Ludovic Bellier/CC-BY 4.0

Оказалось, что за музыкальную активность мозга отвечают другие отделы, чем те, которые поддерживают речь. Прежде всего — это верхняя височная извилина, а также области в сенсорно-моторной коре и нижней лобной извилине. В этих областях были расположены 347 электродов из 2268, установленных для эксперимента. Это то разрешение, с которым была считана с мозга легендарная композиция Pink Floyd, что наверняка можно улучшить в последующих экспериментах. Интересно, как к этому отнесутся правообладатели?

Современные технологии не позволяют осуществлять высокоточное дистанционное считывание активности мозга человека. Самым действенным способом по-прежнему остаётся установка электродов на кожу головы или имплантация непосредственно в мозг. Возможно, с этим сможет помочь новый китайский датчик активности мозга, который очень просто устанавливается в ушной канал пациента.

Источник изображений: Nature Communications (2023)

Разработанное группой ученых из китайского Университета Цинхуа устройство получило название SpiralE. Это тонкая многослойная полоска длиной 50 мм и шириной 3 мм. Полоска состоит из двух слоёв полимера с памятью формы, слоя электротермической активации формы и слоя с сенсорами для снятия электроэнцефалограммы.

Для ввода в ушной проход пациента датчик скручивается в плотный жгут. Уже на месте на датчик воздействуют электромагнитным полем, которое вызывает нагрев в его активирующем слое и, как следствие, заставляет полимерные слои с памятью формы распрямляться. Этот процесс приводит к тому, что датчик плотно соприкасается с кожей, и это обеспечивает аккуратное снятие сигналов мозговой активности. При этом каждый раз датчик принимает индивидуальные формы слухового канала, что делает его универсальным. Наконец, он не загораживает слуховой проход и не снижает чувствительность слуха человека, и легко извлекается.

Лабораторные испытания показали, что датчик удобен для длительного ношения и определяет активность мозга с точностью до 95 %. Учёные рассчитывают, что подобный датчик найдёт применение в изучении качества сна пациентов (спать с современными наголовными датчиками то ещё удовольствие), при выявлении эпилепсии и даже для слежения за активностью водителей, о чём они рассказали в своей статье в журнале Nature Communications.

Компания Precision Neuroscience, основанная в 2021 году, ставит своей целью помощь парализованным пациентам в управлении цифровыми устройствами путём декодирования нейронных сигналов мозга. Созданная компанией система Layer 7 Cortical Interface расшифровывает сигналы мозга и переводит их в компьютерные команды. В январе 2023 года Precision объявила о новом раунде финансирования на сумму $41 млн. А недавно компания провела своё первое клиническое исследование на людях.

Источник изображений: Precision Neuroscience

Системе BCI (brain–computer interface) от Precision под названием Layer 7 Cortical Interface требуются считанные секунды, чтобы в реальном времени произвести визуализацию активности мозга пациента в высоком разрешении. По утверждению компании, система генерирует изображение нейронной активности с самым высоким разрешением из когда-либо зарегистрированных. «Это было невероятно сюрреалистично, — заявил президент компании Крейг Мермель (Craig Mermel). — От характера данных и нашей способности визуализировать это, знаете ли, у меня… мурашки по коже».

В ходе исследования нейроинтерфейс Layer 7 Cortical Interface был временно помещён в мозг трёх пациентов, которые уже подвергались нейрохирургическим операциям по удалению опухолей. Датчик системы представляет собой массив электродов, слегка напоминающий кусочек скотча. Precision утверждает, что, будучи тоньше человеческого волоса, датчики прилегают к поверхности мозга, не повреждая ткани.

По словам Мермела, технология работала именно так, как ожидалось, поэтому в дальнейшем область исследований планируется значительно расширить. Если испытания пройдут в соответствии с планом Precision, пациенты с тяжёлыми дегенеративными заболеваниями, такими как боковой амиотрофический склероз (БАС), могут в конечном итоге восстановить некоторую способность общаться с близкими, перемещая курсоры, печатая и даже получат доступ к социальным сетям.

По словам доктора Бенджамина Рапопорта (Benjamin Rapoport), соучредителя и главного научного сотрудника Precision, ряд различных академических медицинских центров предложил поддержать пилотное клиническое исследование компании. Он рассказал, что компания сотрудничала с Рокфеллеровским институтом неврологии Университета Западной Вирджинии, и обе организации готовились к процедурам более чем за год.

Продолжительность одного обследования составляет 15 минут. Один из пациентов спал во время процедуры, а двое бодрствовали для изучения их мозговой активности во время общения. «Я никогда не видел такого количества данных, 1000 каналов в реальном времени, — рассказал непосредственно проводивший операции хирург Питер Конрад (Peter Konrad), заведующий отделением нейрохирургии Рокфеллеровского института неврологии. — Вы наблюдаете процесс мышления, это удивительно!».

Электроды достаточно давно используются на практике, чтобы помочь нейрохирургам контролировать активность мозга, но разрешение обычных систем очень низкое. Стандартные электроды имеют размер около 4 мм, в то время как массив Precision такого размера может вместить от 500 до 1000 контактов. «Это разница между взглядом на мир с помощью старой черно-белой камеры и просмотром в высоком разрешении», — говорит Конрад.

В конечном итоге Precision надеется, что её технология вообще не потребует открытой операции на головном мозге. Хирург будет иметь возможность имплантировать массив, сделав тонкий разрез в черепе и вставив нейроинтерфейс, как письмо в почтовый ящик. Щель будет толщиной менее миллиметра — настолько маленькой, что пациентам не нужно брить волосы для процедуры.

Конкурирующие компании в сфере BCI, такие как Paradromics и Neuralink, разработали системы, предназначенные для введения непосредственно в ткань мозга. Это даёт чёткое представление о деятельности каждого нейрона, но может привести к повреждению тканей. Уровень детализации не является обязательным для декодирования речи или достижения других функций, к которым стремится Precision, поэтому компания в конечном итоге сосредоточилась на минимально инвазивном подходе.

Хотя исследование на людях является важной вехой, путь к рынку для этого типа технологий долог. Precision ещё не получила одобрения FDA (Food and Drug Administration) на своё устройство, и компании придётся тесно сотрудничать с регулирующими органами для проведения испытаний и сбора данных о безопасности. Несколько компаний, таких как Synchron, Paradromics и Blackrock Neurotech, также создали устройства с похожей функциональностью, но по состоянию на июнь ни одной компании не удалось получить окончательное одобрение FDA.

В ближайшие недели Precision проведёт тестовое подключение своего устройств к ещё двум пациентам в рамках пилотного клинического исследования. Precision также сотрудничает с такими организациями в сфере здравоохранения, как Mount Sinai в Нью-Йорке и Massachusetts General Hospital в Бостоне, и надеется получить полное разрешение FDA на своё устройство первого поколения в следующем году.

Во время визита во французскую столицу с целью участия в конференции VivaTech Илон Маск (Elon Musk) заявил, что первый случай испытания на людях мозговых имплантов компании Neuralink, которую он основал и возглавляет, состоится до конца текущего года. Для этого будет подобран доброволец из числа пациентов, имеющих проблемы с подвижностью либо всех четырёх, либо только двух нижних конечностей.

Источник изображения: Reuters, Gonzalo Fuentes

Как известно, Neuralink как раз создаёт подобные импланты с целью решения проблем людей, утративших подвижность конечностей. Маск не стал уточнять, какое количество добровольцев будет готово принять участие в испытаниях, и как долго они могут продлиться. По его словам, первый эксперимент в этой сфере может быть проведён до конца текущего года. В прошлом месяце Neuralink получила соответствующее разрешение со стороны регулирующих органов США, которого очень долго ждала до этого. Данное разрешение подразумевает не только одобрение операций на черепной коробке и коре головного мозга пациентов в пределах юрисдикции США, но и использование для этих целей соответствующих хирургических роботов. Они должны просверлить в черепе пациента небольшое отверстие, установить в него имплант и подключить его к коре головного мозга при помощи тонких вживляемых электродов.

Neuralink уже давно проводит испытания на овцах, свиньях и обезьянах, они даже становились объектом пристального внимания правозащитников. Первая попытка получить разрешение на тестирование имплантов на людях была предпринята Neuralink ещё в начале 2022 года, но тогда ведомство FDA отказало стартапу в такой возможности. Экспертов насторожила необходимость периодически извлекать имплант для замены аккумулятора, вероятность миграции электродов в точках вживления в кору мозга, а также опасность самой процедуры их извлечения.

Космические полёты продолжительностью от шести месяцев сказываются на физическом состоянии мозга астронавтов, и членам экипажа перед возвращением в космос следует делать перерыв не менее трёх лет, установила группа американских учёных.

Источник изображения: roscosmos.ru

Исследователи провели сканирование мозга 30 астронавтов, сделанное перед космическими полётами продолжительностью две недели, полгода и год, после чего сравнили результаты с результатами сканирования, сделанного после возвращения на Землю. Как выяснилось, желудочки — заполненные спинномозговой жидкостью полости в головном мозге — после пребывания на МКС более шести месяцев значительно расширились. Результаты исследования имеют большое значение для будущих долгосрочных миссий: NASA и его партнёры в обозримом будущем начнут реализацию программы Artemis с постоянным пребыванием человека на Луне, а в перспективе человека планируют оправить и в дальний космос, в том числе на Марс.

Спинномозговая жидкость обеспечивает мозгу защиту и питание, а также отвод отработанных веществ. Во время пребывания в космосе телесные жидкости в организме перемещаются, а мозг прижимается к верхней области черепа, что вызывает увеличение желудочков. Из 30 принявших участие в исследовании астронавтов 8 отправились в двухнедельные миссии, 18 — в миссии продолжительностью 6 месяцев, а 4 пребывали на орбите около года. Учёные установили, что степень увеличения желудочков варьировалась в зависимости от продолжительности нахождения на орбите. Наиболее заметной оказалась разница между первой и второй группами, а вот между второй и третьей она уже столь значительной не была, то есть через полгода рост желудочков замедляется. У астронавтов «двухнедельной» группы эффект был минимальным, и это хорошая новость для коммерческого сегмента космической отрасли.

Источник изображения: Pete Linforth / pixabay.com

У 11 участвовавших в исследовании астронавтов было более трёх лет на восстановление между миссиями, и после каждого последующего полёта у них отмечалось увеличение желудочков. У 7 астронавтов времени на восстановление было меньше, но и желудочки после очередных полётов в этих случаях увеличивались незначительно. Исследователям не удалось установить, сколько именно требуется времени для реабилитации, но анализ показал, что через 6–7 месяцев мозг восстанавливался на 55–64 % от первоначального уровня. Исходя из полученных данных, учёные предположили, что на полное восстановление желудочков уходит не менее трёх лет.

Результаты исследования смогут использоваться NASA и другими космическими агентствами при планировании предстоящих миссий, но необходима дополнительная работа. В рамках нового проекта будут изучаться долгосрочные последствия полугодового пребывания на орбите — с периодом восстановления до пяти лет.