Ideea realizării unei conexiuni wi-fi între creierul uman și calculator se apropie din ce în ce mai mult de stadiul banalitate. Companiei Neuralink, a lui Elon Musk (despre care v-am vorbit într-un număr trecut al revistei), i se alătură compania Synchron, finanțată de Bill Gates și Jeff Bezos și înființată în anul 2016. Deja această din urmă companie are rezultate semnificative în cazul unor subiecți umani.
Neuralink, în ciuda unor succese spectaculoase, se confruntă cu probleme. Până în prezent compania nu a trecut la testarea interfeței pe subiecți umani. Mai mult decât atât Neuralink este anchetată pentru că există suspiciuni că pe timpul experimentelor s-ar fi încălcat drepturile animalelor.
Rivala ei, compania Synchron deja are rezultate notabile pe subiecți umani. În 2020 FDA (Food and Drug Administration) a încadrat dispozitivul ei în categoria dispozitivelor medicale revoluționare. Cu un an mai devreme, în Australia, Synchron primea aprobarea pentru demararea testelor clinice. În 2021 compania primea aprobarea să treacă la teste clinice pe subiecți umani și în SUA. În ianuarie 2023 în revista JAMA Neurology erau anunțate primele rezultate. În abstractul lucrării ” Assessment of Safety of a Fully Implanted Endovascular Brain-Computer Interface for Severe Paralysis in 4 Patients: The Stentrode With Thought-Controlled Digital Switch (SWITCH) Study” se arată că testele au fost realizate pe patru pacienți, toți bărbați, cu vârsta medie de 61 de ani. La 12 luni după implantarea interfeței creier-mașină nu au fost înregistrate efecte secundare grave și nici apariția unor cheaguri pe vasele sangvine în care erau instalate implanturile. Folosindu-se inteligența artificială s-au putut identifica cinci tipuri de mișcări. În ce constă interfața creier-mașină propusă de Synchron?
Stentrode
Unul dintre principalii cercetători aflați în spatele conceperii noii interfețe este Tom Oxley, unul dintre fondatorii companiei Synchron. El mărturisea că a fost pasionat să înțeleagă modul în care funcționează creierul încă de când avea 13 ani. Din acest motiv ”Am studiat medicina. Îmi doream doar să învăț despre creier și să cum să ajut oamenii care au boli cerebrale grave”, explica el. Așa cum se întâmplă uneori, pasiunea la dus către o zonă care până cu nu mult timp în urmă părea că ține de SF.
În 2022, în cadrul unei conferințe TED (Technology Entreteinment and Design), Tom detalia necesitatea realizării unor interfețe creier-mașină. ”Poate cunoașteți pe cineva care nu-și mai poate folosi mâinile, din cauza unui accident vascular, o leziune a măduvei spinării, din pricina sclerozei multiple etc. Paralizia poate să apară în toate formele, de la dificultăți minore, la unele care pun viața în pericol. În timpul rezidenței la neurologie, am avut în grijă un bărbat de 40 de ani. În urma unui infarct, dezvoltase un sindrom paralitic. Adică nu-și putea mișca corpul, ci doar ochii, la stânga și la dreapta. Creierul său funcționa normal. Vedea și auzea, gândea și simțea normal, dar nu se putea mișca și nu mai putea vorbi. În niște circumstanțe cumplite, a trebuit să-i respectăm dorința de a fi scos de pe aparate. Și de atunci m-am tot întrebat: am fi putut face și altceva?” Tom continuă spunând: ”Conexiunea cu cei din jur este o nevoie umană fundamentală. Foarte mulți pacienți de-ai noștri și-au pierdut capacitatea de a vorbi, de a folosi tastele, așa că își doresc foarte mult să se poată reconecta cu familia, cu cei dragi. Știți care e dorința lor cea mai mare? Să poată trimite mesaje text. Apoi email-uri. Să poată utiliza telefonul. Și cel mai uluitor, să poată folosi social media. S-a vorbit așa de mult în ultima vreme despre neajunsurile tehnologiei, dar pentru cei cu paralizie, asta e o revenire la viață. O conexiune creier-mașină ar face posibile toate acestea.” Din nefericire, realizarea unei asemenea conexiuni, a unei interfețe creier-mașină nu este una dintre chestiile simple. Soluțiile de până acum impun intervenții chirurgicale complicate, prin care niște cipuri cu electrozi să fie implantate pe creier. Neuralink încearcă să folosească roboți chirurgicali pentru asemenea intervenții de mare precizie. Așa cum arătam cun entuziasm într-un articol publicat în ediția din mai 2021 a revistei noastre, compania lui Musk a realizat cu succes implanturi în cazul unor maimuțe rhesus, care au ajuns să poată juca Pong numai cu puterea gândului. Testele pe oameni întârzie. Procedura este încă prea complicată și nesigură.
Tom Oxley, în conferința TED de care aminteam mai devreme: ” Mi-am pus întrebarea: există vreo cale mai simplă de a intra în creier? Există. Există o ușă secretă. Vasele de sânge sunt adevărate autostrăzi care străbat creierului. Sunt ca niște tuburi care-i leagă fiecare parte. Vena jugulară ajunge chiar lângă cortexul motor, acea parte din creier pe care dorim să o conectăm, pentru a restabili controlul asupra lumii exterioare.” De mai multe decenii medicii au învățat cum să ”călătorească” prin vasele sangvine. De exemplu, instalarea unui stent într-o arteră coronariană a devenit o operație banală. Stentul este un dispozitiv flexibil, în formă de cilindru, care se introduce în interiorul unei artere în care fluxul sangvin este redus. Procedura folosită nu implică anestezie generală, ci doar una locală. Intervenția se realizează cu ajutorul unui cateter subțire introdus, de obicei, prin artera de la încheietura mâinii.
Desigur, stentul realizat de către Synchron, care poartă numele de stentrode, nu este folosit pentru a îmbunătăți circulația sângelui în vasul sangvin în care este instalat. El va deveni un soi de monitor al activității cerebrale în zona cortexului motor. Tom: ”A fost nevoie să găsim o cale pentru a introduce un senzor conectat la legăturile stentului, cu ajutorul căruia să să poată înregistra activitatea creierului. A trebuit să revizuim procesul de fabricație a stentului. (…) El este conectat la un cablu care va colecta informația din creier (…) Această interfață creier-mașină va fi accesibilă nu doar pentru câteva mii de oameni, ci pentru milioane de oameni care au nevoie de această tehnologie.” După plasarea în poziția dorită, stentrode este conectat la un mic dispozitiv wi-fi plasat pe piept, sub piele. Astfel el va putea să comunice în permanență cu exteriorul.
Brain.io
Semnalul transmis de către stentrode este recepționat de un dispozitiv extern, care se poate conecta prin bluetooth cu un calculator. Aici intervine cea de-a doua componentă importantă a interfeței creier-mașină dezvoltată de Synchron, este un software car poartă numele de brain.io, și se bazează pe folosirea inteligenței artificiale. Nu este de ajuns să recepționezi semnale provenite de la cortexul motor. Ele nu însemnă mare lucru, dacă nu sunt interpretate corect. Prin această interpretare ele trebuie să fie convertite în comenzi.
Practic, atât pacientul și mașina se antrenează împreună. Tom: ”Îi spunem pacientului să îndoaie talpa piciorului (drept). Iar el va îndoi talpa piciorului în mod repetat. Desigur, nu vom vedea piciorul mișcându-se, pentru că ei sunt paralizați, dar astfel se pot determina ce semnale din creier sunt legate de îndoirea tălpii piciorului. (…) Repetăm acest lucru pentru mai multe mișcări, închide/deschide mâna, apucă/strânge degetul. Poate că nu pare mare lucru, dar așa se construiește orice interacțiune cu un dispozitiv digital care e necesar pentru control. (…) Dar cu adevărat extraordinar e că până la un punct în acest proces, semnalele de la creier sunt universale. Așadar, semnalul de la creier pentru a îndoi talpa piciorului (drept) e la fel și pentru voi, și pentru mine. Asta înseamnă că dezvoltăm un dicționar al creierului pentru toți oamenii. Astfel interfața creier-mașină va deveni foarte accesibilă”. Apoi Tom continuă: ”Cum mi-a spus Philip odată, «Este ca și cum ai reînvăța mersul pe bicicletă. E nevoie de ceva antrenament, dar odată ce ai început, totul devine natural. Acum doar mă uit la ecran unde vreau să apăs și scriu mesaje prin Twitter».” Phil, cel citat de către Tom, este unul dintre primii pacienți cărora li s-a instalat interfața creier-mașină realizată de Synchron. Tom: ”Acum câteva luni mi-am dat parola de la contul meu de Twitter unei persoane cu paralizie, pentru a-și exprima gândurile. Nu exagerez deloc. Philip O’Keefe nu-și poate folosi degetele să tasteze ca noi, dar cu un mic implant în creier, a putut să un mesaj: «Salutare!» Desigur, este un mesaj scurt. Dar un progresul făcut este unul extraordinar.”
Tom Oxley are perfectă dreptate. Sper că v-am lămurit că avem de-a face un un dispozitiv extrem de simplu, care poate fi implantat cu mare ușurință. Asta spre deosebire de interfețele creier mașină propuse până acum (inclusiv de compania lui Elon Musk, Neuralink) care impun intervenții chirurgicale invazive și de o complexitate extremă, ceea ce le face riscante și scumpe.
Și aș vrea să nu uitați că încă ne aflăm la începutul unui drum mai lung. Nu pot să nu-mi imaginez că o asemenea interfață ar putea comanda cândva un exoschelet, cu ajutorul căruia să fie readată mobilitatea persoanelor imobilizate din diferite motive medicale.
Totuși trebuie să subliniem că interfața creier-mașină propusă de Synchron funcționează, cel puțin deocamdată, cu sens unic. Ea poate doar să transmită comenzile creierului, nu poate recepționa semnale care, de exemplu, ar ține de simțuri, cum ar fi cel tactil. Evident, ea nu poate fi folosită pentru a accesa direct informațiile din bazele de date digitale, aș cum își propune intrerfața creier-mașină propusă de Neuralink.
De altfel, Elon Musk este interesat de Synchron. Conform agenției de presă Reuters, el l-a contactat pe Tom Oxley pentru a discuta despre o posibilă înțelegere. Nu este clar dacă este vorba despre o tranzacție financiară sau o colaborare între Synchron și Neuralink.
Pentru a clarifica un pic parte economică, vă voi spune că Synchron are aproximativ 60 de angajați și a strâns, până acum, aproape 65 de milioane de dolari de la investitori, potrivit companiei de cercetare de piață Pitchbook. De parte ei, Neuralink este mai mare, are 300 de angajați și până acum, a strâns 363 de milioane de dolari de la investitori, potrivit aceleiași companii de cercetare de piață. Firea aprigă a lui Elon Musk și-a făcut simțită prezența: din cei opt fondatori ai Neuralink în companie au rămas numai Musk și inginerul Dongjin „DJ” Seo. Un alt membru fondator al Neuralink, Max Hodak, care a demisionat din funcția de președinte al companiei anul trecut, este acum un investitor în Synchron.
Ați putea crede că pe scena interfețelor creier mașină există doar doi actori principali: Neuralink și Synchron. Din fericire nu este așa. Armata americană este preocupată de realizarea unor asemenea dispozitive.
DARPA și interfața creier-mașină
În anul 2019, DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) anunța că va finanța șase institute de cercetare în cadrul programului Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (N3). Acest program are în vedere realizarea de interfețe creier-mașină bidirecționale care să poată fi utilizate de către militari. Aceste interfețe ar putea fi folosite, de exmplu, pentru dirijarea vehiculelor aeriene fără pilot sau pentru a forma echipe om-calculator cu scopul de a îndeplini sarcini complexe.
Al Emondi, unul dintre administratorii programului N3 declara pentru presă: ”Prin crearea unei interfețe om-mașină care să nu necesite intervenții chirurgicale complexe se vor putea realiza unelte care vor permite comandanților să rămână implicați într-o manieră semnificativă pe timpul misiunilor dinamice care se desfășoară cu mare viteză.”
Echipele selectate pentru programul N3 au în vedere utilizarea de abordări diferite care se împart în două categorii principale. Una dintre ele are în vedere realizarea de interfețe care să poată fi instalate prin metode minim invazive, iar prin cealaltă se încearcă realizarea unei interfețe care să poată fi instalată prin metode complet noninvazive.
Din prima categorie face parte proiectul lui Gaurav Sharma, cercetător la Universitatea Rochester. El propune injectarea unor nanotransductori, care, cu ajutorul unor câmpuri magnetice să ajungă în zona neuronilor de interes. Nanotransductorii vor converti activitatea neuronilor în semnale electromagnetice care vor fi prelucrate, cu ajutorul inteligenței artificiale, de către un dispozitiv extern. Este de remarcat faptul că proiectul lui Gaurav Sharma permite o comunicare bidirecțională între neuroni și mașină.
Din a doua categorie face parte proiectul lui Pulkit Grover, cercetător la Universitatea Carnegie Mellon. Interfața propusă de el se bazează pe înregistrarea activității electrice a creierului cu ajutorul unor dispozitive asemănătoare electroencefalografelor. Tot ea poate transmite semnale transcraniene. Astfel avem de-a face cu o interfață om-mașină bidirecțională. Interfața lui Grover ar putea transmite semnale neuronale la o rată de până la 10 milioane de biți pe secundă, de zece ori mai rapid decât interfețele creier-mașină din prezent.
Echipa lui David Blodget de la Universitatea Johns Hopkins propune realizarea unei interfețe creier-mașină bazate pe utilizarea unui sistem optic. Deși este o chestie ceva mai complicată, am să încerc să vi-o explic pe scurt. Această tehnică folosește lumină pentru a măsura schimbările în concentrația de oxigen și hemoglobină în timpul activității neuronale, indicând astfel zonele de activitate cerebrală. Este folosit un fascicul de lumină care este trimis prin craniu și țesutul cerebral și este apoi detectat de o cameră specială. Schimbările în luminozitate sunt apoi măsurate și transformate în informații despre activitatea cerebrală. Această tehnică permite înregistrarea în timp real a activității cerebrale. Și în acest caz avem de-a face cu un sistem bidirecțional, creierul putând primi semnale prin stimulare transcraniană.
Tot o metodă noinvazivă este folosită de echipa lui Krishnan Thyagarajan, profesor la Universitatea din Missouri. Dispozitivul propus de el combină principiile acustice și magnetice pentru a detecta și măsura activitatea electrică din creier. Și în acest caz avem de-a face cu o chestie ceva mai complicată pe care am să încerc să o explic cât mai simplu și mai scurt. Dispozitivul constă dintr-un magnet permanent, care generează un câmp magnetic constant, și un generator acustic, care emite unde sonore de frecvență înaltă care traversează creierul. Atunci când undele acustice trec prin țesutul cerebral, ele interacționează cu câmpul magnetic, ceea ce produce un semnal electric detectabil. Dispozitivul poate fi utilizat pentru a monitoriza activitatea cerebrală în timp real, în timp ce subiectul este în mișcare sau în timpul activităților normale de viață.
Din păcate, deși îmi par foarte ambițioase, nu am reușit să găsesc date mai proaspete despre aceste proiecte finanțate copios de DARPA. Cel mai probabil, faptul că avem de-a face cu proiecte anvansate ale armatei americane face ca asupra lor să fie deschisă larg umbrela confidențialității.
Încheiere
Am mai spus-o și țin să o repet și la încheierea acestui text. Ne aflăm doar la începutul unui drum care ne va purta către un viitor pe care acum doar ni-l putem imagina cu ajutorul artei SF-ului. Îndrăznesc să cred că ceea ce vom vedea peste vreo două decenii ne va depăși imaginația. Încercați să comparați cum vedeați viitorul telefoniei mobile atunci când ea abia apăruse, în raport cu realitatea de azi…
