Фигуры нейробудущего
ОБЗОР / #2 МАРТ 2024
Текст: Максим ГРЕВЦЕВ / Иллюстрация: Кирилл ФИЛОНОВ / Фото: Neiry.ru, Neuralink.com
30 января Илон Маск написал в собственной социальной сети: «Вчера первый человек получил имплант от NEURALINK и идет на поправку». Через три недели он сообщил, что пациент научился дистанционно управлять курсором. О чем на самом деле идет речь — о хайпе или технологическом прорыве? Как далеко продвинулся Илон Маск? «НАЭ» подготовил обзор глобального рынка инвазивных нейроинтерфейсов.
1963 год. Кордова, Испания. На арене для корриды — Хосе Дельгадо в костюме матадора. Однако он не тореадор, а ученый. Как только выпускают быка, животное устремляется к человеку, но в нескольких метрах от него резко останавливается, а через пару секунд мирно отходит в сторону.
Это был не бой, а демонстрация невиданной технологии: в руках ученого — прибор радиоуправления; нажав на кнопку, человек заставил быка изменить поведение. В мозг животного заранее вживили электроды, стимулировавшие некоторые зоны и таким образом влиявшие на его действия. Х. Дельгадо работал в Йельском университете США и на родину приехал исключительно для эффектной презентации своей разработки. Так, в духе лучших ТВ-шоу и с риском для жизни исследователя, началась эра нейроинтерфейсов.
В 2016 году в рамках форума инноваций президент США Барак Обама посетил госпиталь Питтсбургского университета. Тогда произошел примечательный случай: национальному лидеру пожал руку Натан Коупленд. Вроде бы ничего удивительного. Но, во‑первых, мужчина был парализован после ДТП, рукой двигать не мог, поэтому использовал механическую руку. Во-вторых, роботизированным манипулятором он управлял силой мысли: в мозг пациента были имплантированы четыре чипа, соединенных проводами с компьютером. Специальная программа получала данные об активности нейронов, считывая намерения пациента, и приводила в движение манипулятор. Наконец, Натан почувствовал рукопожатие президента, так как нейроинтерфейс стимулировал нужную зону его мозга и реконструировал отсутствующие ощущения.
Фото и видео облетели весь мир. Нейроинтерфейсы снова оказались в центре внимания. Впервые за десятилетия ученые и пресса заговорили о технологии, способной изменить жизни миллионов людей. Но по-настоящему модной эту тему сделали Илон Маск и его компания NEURALINK, родившаяся, кстати, в 2016 году.
Это был не бой, а демонстрация невиданной технологии: в руках ученого — прибор радиоуправления; нажав на кнопку, человек заставил быка изменить поведение. В мозг животного заранее вживили электроды, стимулировавшие некоторые зоны и таким образом влиявшие на его действия. Х. Дельгадо работал в Йельском университете США и на родину приехал исключительно для эффектной презентации своей разработки. Так, в духе лучших ТВ-шоу и с риском для жизни исследователя, началась эра нейроинтерфейсов.
В 2016 году в рамках форума инноваций президент США Барак Обама посетил госпиталь Питтсбургского университета. Тогда произошел примечательный случай: национальному лидеру пожал руку Натан Коупленд. Вроде бы ничего удивительного. Но, во‑первых, мужчина был парализован после ДТП, рукой двигать не мог, поэтому использовал механическую руку. Во-вторых, роботизированным манипулятором он управлял силой мысли: в мозг пациента были имплантированы четыре чипа, соединенных проводами с компьютером. Специальная программа получала данные об активности нейронов, считывая намерения пациента, и приводила в движение манипулятор. Наконец, Натан почувствовал рукопожатие президента, так как нейроинтерфейс стимулировал нужную зону его мозга и реконструировал отсутствующие ощущения.
Фото и видео облетели весь мир. Нейроинтерфейсы снова оказались в центре внимания. Впервые за десятилетия ученые и пресса заговорили о технологии, способной изменить жизни миллионов людей. Но по-настоящему модной эту тему сделали Илон Маск и его компания NEURALINK, родившаяся, кстати, в 2016 году.
Хронология успеха
Уверенно утверждать, что именно встреча Обамы с пациентом в Питтсбурге вдохновила Маска на создание нового старпапа, нельзя. Возможно, это совпадение. Мир узнал о NEURALINK в 2019 году, когда был анонсирован нейрочип, который теперь называется Теlepathy. Как обычно, первыми подопытными стали животные. В 2020 году компания показала свинью Гертруду, которая ела из рук человека, а параллельно на экране отображались какие-то линии. Закадровый голос объяснял, что это мозговая активность, которая в режиме реального времени передается с импланта, вживленного животному, на компьютер. В 2021 году компания показала макаку по кличке Пейджер. Обезьяна играла в видеоигру: с помощью джойстика она загоняла шарик в оранжевый квадрат. Затем джойстик отсоединили от приставки, то есть игра продолжалась с помощью вживленного в мозг Пейджера беспроводного чипа, но он продолжал дергать джойстик. А в конце видео макака играла уже без джойстика, внимательно следя за экраном — наглядное свидетельство того, что силой мысли можно управлять устройствами на расстоянии.
В мае 2023 года Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) дало NEURALINK разрешение испытывать устройства на людях. В сентябре компания объявила о наборе добровольцев. Участвовать в эксперименте могли люди с квадриплегией (одновременный паралич рук и ног) вследствие травмы шейного отдела спинного мозга или бокового амиотрофического склероза. Наконец, 30 января 2024 года Маск сообщил в соцсетях о том, что первая трансплантация состоялась. Имя пациента не было названо, но еще в 2019 году Н. Коупленд (тот самый, кто пожимал руку Обаме) объявил, что хочет принять участие в экспериментальной проверке чипа NEURALINK. 20 февраля Илон Маск заявил: «Прогресс хороший, пациент, похоже, полностью выздоровел, без каких-либо побочных эффектов. Он может движением глаз перемещать мышь по экрану».
Именно такая цель — управление устройствами силой мысли — декларируется на сайте NEURALINK и неоднократно повторялась самим Илоном Маском в его соцсетях. Кажется, бизнесмен выполнил свое обещание. Но все не так просто!
Уверенно утверждать, что именно встреча Обамы с пациентом в Питтсбурге вдохновила Маска на создание нового старпапа, нельзя. Возможно, это совпадение. Мир узнал о NEURALINK в 2019 году, когда был анонсирован нейрочип, который теперь называется Теlepathy. Как обычно, первыми подопытными стали животные. В 2020 году компания показала свинью Гертруду, которая ела из рук человека, а параллельно на экране отображались какие-то линии. Закадровый голос объяснял, что это мозговая активность, которая в режиме реального времени передается с импланта, вживленного животному, на компьютер. В 2021 году компания показала макаку по кличке Пейджер. Обезьяна играла в видеоигру: с помощью джойстика она загоняла шарик в оранжевый квадрат. Затем джойстик отсоединили от приставки, то есть игра продолжалась с помощью вживленного в мозг Пейджера беспроводного чипа, но он продолжал дергать джойстик. А в конце видео макака играла уже без джойстика, внимательно следя за экраном — наглядное свидетельство того, что силой мысли можно управлять устройствами на расстоянии.
В мае 2023 года Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) дало NEURALINK разрешение испытывать устройства на людях. В сентябре компания объявила о наборе добровольцев. Участвовать в эксперименте могли люди с квадриплегией (одновременный паралич рук и ног) вследствие травмы шейного отдела спинного мозга или бокового амиотрофического склероза. Наконец, 30 января 2024 года Маск сообщил в соцсетях о том, что первая трансплантация состоялась. Имя пациента не было названо, но еще в 2019 году Н. Коупленд (тот самый, кто пожимал руку Обаме) объявил, что хочет принять участие в экспериментальной проверке чипа NEURALINK. 20 февраля Илон Маск заявил: «Прогресс хороший, пациент, похоже, полностью выздоровел, без каких-либо побочных эффектов. Он может движением глаз перемещать мышь по экрану».
Именно такая цель — управление устройствами силой мысли — декларируется на сайте NEURALINK и неоднократно повторялась самим Илоном Маском в его соцсетях. Кажется, бизнесмен выполнил свое обещание. Но все не так просто!
Полное подключение
Выделяются три типа нейроинтерфейсов: неинвазивные (знакомые всем шапочки с проводами), инвазивные (требующие трепанации черепа для установки) и полуинвазивные, или интервенционные (устанавливаются через сосуды). Сегодня наиболее распространены неинвазивные. Однако качество получаемого ими сигнала ниже, чем у других типов.
В медицинской сфере инвазивные нейроимпланты уже используются для облегчения последствий болезни Паркинсона, эпилепсии и других нейродегенеративных заболеваний. С помощью электродов осуществляется электростимуляция определенных зон головного или спинного мозга — это не лечение, но возможность повысить качество жизни пациентов.
О чем не рассказал Илон Маск
2 февраля 2024 года, сразу после сенсационного заявления Илона Маска, известный журнал NATURE опросил экспертов, дабы выяснить, что они думают об этом. Оказалось, что профессиональное сообщество не так воодушевлено, как сам миллиардер. Налицо как минимум три проблемы.
Во-первых, Маск и его компания не делают научных публикаций в рецензируемых журналах с 2019 года, в открытом доступе — только пресс-релизы и сообщения в соцсетях. Независимые эксперты не имеют доступа к подробностям экспериментов и потому не могут оценить их реальные результаты. «Я надеюсь, что команда NEURALINK сможет продемонстрировать безопасность и эффективность своих экспериментов как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе, что особенно важно», — сказала в интервью NATURE Маришка Ванстинзель, нейробиолог из медицинского центра Университета Утрехта (Нидерланды), президент международного общества BCI (английское обозначение интерфейса «мозг — компьютер»).
Во-вторых, настораживает этическая неопределенность работы NEURALINK: все помнят длительное обсуждение гибели полутора тысяч животных в рамках ее экспериментов. Бывшие и действующие сотрудники критиковали компанию за спешку и сопряженное с ней избыточное количество смертей. В итоге NEURALINK смогла доказать, что не нарушала правил. Но другую судебную тяжбу она проиграла: министерство транспорта США оштрафовало NEURALINK за ненадлежащую перевозку опасных отходов. Компания перевозила останки погибших животных и извлеченные импланты с нарушениями норм биологической защиты (отходы могли быть заражены устойчивым к антибиотикам стафилококком и вирусом герпеса В). Штраф был небольшой — всего $ 2480 (для компании, которая оценивается в $ 5 млрд, — капля в море). Но удар по репутации нанесен.
Наконец, третья и главная претензия профессионального сообщества: пока ничего уникального компания Илона Маска не продемонстрировала. Первые аналогичные опыты были проведены более 20 лет назад сразу несколькими научными группами. В частности, коллектив под руководством Мигеля Николелиса в Университете Дьюка (США) продемонстрировал, что обезьяна может управлять курсором на экране и попасть в цель сначала с помощью джойстика, а затем — силой мысли (научная статья была опубликована в 2003 году). А в 2004 году группа специалистов из нескольких университетов (проект BRAINGATE) вживила нейроимплант парализованному человеку. 25‑летний мужчина потерял контроль над конечностями в результате ножевого ранения за три года до операции. Долгосрочное исследование, результаты которого опубликовал NATURE, показало, что пациент научился пользоваться электронной почтой, управлять телевизором и выполнять простейшие действия протезом руки.
Главное преимущество технологии, разработанной командой Илона Маска, — отсутствие проводов. Но и здесь NEURALINK не первая, утверждает Михаил Лебедев, в 2003—2018 годах сотрудник Университета Дьюка, а ныне — профессор МГУ и Сколтеха. «В самом начале своей работы, два десятка лет назад, во время опытов на обезьянах мы получали данные с 600 нейронов, и чип был подключен проводами сразу к трем компьютерам. Ни о какой беспроводной передаче данных тогда не шло речи. Но технологии развиваются быстро, и уже в 2014 году мы использовали в экспериментах беспроводной нейроинтерфейс, хотя количество нейронов, с которыми мы работали, увеличилось в три раза. Поэтому нет сомнений, что именно беспроводные технологии будут использоваться в коммерческих продуктах: это намного удобнее и — самое главное — безопасно».
Профессор М. Лебедев входил в научную группу Мигеля Николелиса и там познакомился с будущими сотрудниками NEURALINK. В их профессионализме он не сомневается — ученые понимают: пока они лишь воспроизводят то, что́ другие уже сделали, но это не значит, что они не способны на большее. «Одна из главных проблем сегодня — биосовместимость. Зачастую чипы показывают приличные результаты в течение трех-четырех недель, но потом мозг понимает, что внутри него чужеродный объект, нейроны, с которыми электроды взаимодействуют, отмирают, а их место занимает глиальная или соединительная ткань (это называется инкапсуляция). Чип уже не может качественно получать и передавать активность отдельных нейронов, но зато с его помощью можно стимулировать этот отдел мозга и, например, восстанавливать утраченную чувствительность. Я знаю, что NEURALINK экспериментировала с материалами, из которых сделаны чип и электроды, поэтому, возможно, они приблизились к решению проблемы биосовместимости». В 2020 году в СМИ появились публикации о том, что «идеальным» материалом может быть полимер pedot, но пока нет научных статей об этом.
2 февраля 2024 года, сразу после сенсационного заявления Илона Маска, известный журнал NATURE опросил экспертов, дабы выяснить, что они думают об этом. Оказалось, что профессиональное сообщество не так воодушевлено, как сам миллиардер. Налицо как минимум три проблемы.
Во-первых, Маск и его компания не делают научных публикаций в рецензируемых журналах с 2019 года, в открытом доступе — только пресс-релизы и сообщения в соцсетях. Независимые эксперты не имеют доступа к подробностям экспериментов и потому не могут оценить их реальные результаты. «Я надеюсь, что команда NEURALINK сможет продемонстрировать безопасность и эффективность своих экспериментов как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе, что особенно важно», — сказала в интервью NATURE Маришка Ванстинзель, нейробиолог из медицинского центра Университета Утрехта (Нидерланды), президент международного общества BCI (английское обозначение интерфейса «мозг — компьютер»).
Во-вторых, настораживает этическая неопределенность работы NEURALINK: все помнят длительное обсуждение гибели полутора тысяч животных в рамках ее экспериментов. Бывшие и действующие сотрудники критиковали компанию за спешку и сопряженное с ней избыточное количество смертей. В итоге NEURALINK смогла доказать, что не нарушала правил. Но другую судебную тяжбу она проиграла: министерство транспорта США оштрафовало NEURALINK за ненадлежащую перевозку опасных отходов. Компания перевозила останки погибших животных и извлеченные импланты с нарушениями норм биологической защиты (отходы могли быть заражены устойчивым к антибиотикам стафилококком и вирусом герпеса В). Штраф был небольшой — всего $ 2480 (для компании, которая оценивается в $ 5 млрд, — капля в море). Но удар по репутации нанесен.
Наконец, третья и главная претензия профессионального сообщества: пока ничего уникального компания Илона Маска не продемонстрировала. Первые аналогичные опыты были проведены более 20 лет назад сразу несколькими научными группами. В частности, коллектив под руководством Мигеля Николелиса в Университете Дьюка (США) продемонстрировал, что обезьяна может управлять курсором на экране и попасть в цель сначала с помощью джойстика, а затем — силой мысли (научная статья была опубликована в 2003 году). А в 2004 году группа специалистов из нескольких университетов (проект BRAINGATE) вживила нейроимплант парализованному человеку. 25‑летний мужчина потерял контроль над конечностями в результате ножевого ранения за три года до операции. Долгосрочное исследование, результаты которого опубликовал NATURE, показало, что пациент научился пользоваться электронной почтой, управлять телевизором и выполнять простейшие действия протезом руки.
Главное преимущество технологии, разработанной командой Илона Маска, — отсутствие проводов. Но и здесь NEURALINK не первая, утверждает Михаил Лебедев, в 2003—2018 годах сотрудник Университета Дьюка, а ныне — профессор МГУ и Сколтеха. «В самом начале своей работы, два десятка лет назад, во время опытов на обезьянах мы получали данные с 600 нейронов, и чип был подключен проводами сразу к трем компьютерам. Ни о какой беспроводной передаче данных тогда не шло речи. Но технологии развиваются быстро, и уже в 2014 году мы использовали в экспериментах беспроводной нейроинтерфейс, хотя количество нейронов, с которыми мы работали, увеличилось в три раза. Поэтому нет сомнений, что именно беспроводные технологии будут использоваться в коммерческих продуктах: это намного удобнее и — самое главное — безопасно».
Профессор М. Лебедев входил в научную группу Мигеля Николелиса и там познакомился с будущими сотрудниками NEURALINK. В их профессионализме он не сомневается — ученые понимают: пока они лишь воспроизводят то, что́ другие уже сделали, но это не значит, что они не способны на большее. «Одна из главных проблем сегодня — биосовместимость. Зачастую чипы показывают приличные результаты в течение трех-четырех недель, но потом мозг понимает, что внутри него чужеродный объект, нейроны, с которыми электроды взаимодействуют, отмирают, а их место занимает глиальная или соединительная ткань (это называется инкапсуляция). Чип уже не может качественно получать и передавать активность отдельных нейронов, но зато с его помощью можно стимулировать этот отдел мозга и, например, восстанавливать утраченную чувствительность. Я знаю, что NEURALINK экспериментировала с материалами, из которых сделаны чип и электроды, поэтому, возможно, они приблизились к решению проблемы биосовместимости». В 2020 году в СМИ появились публикации о том, что «идеальным» материалом может быть полимер pedot, но пока нет научных статей об этом.
А что конкуренты?
На поле инвазивных нейроинтерфейсов Илон Маск не единственный воин. Прямым конкурентом NEURALINK журналисты называют австралийскую компанию SYNCHRON. Испытания своего чипа на людях компания начала раньше, чем NEURALINK подала заявку на одобрение в FDA, — в 2019 году. Первым пациентом стал мужчина с боковым амиотрофическим склерозом. Не имея возможности двигаться и говорить, с помощью чипа Stentrode он смог выполнять простые операции на планшете. Причем для установки чипа ученым не пришлось сверлить пациенту череп: небольшой имплант был установлен через яремную вену. Хирурги сделали небольшой разрез на шее и вставили в кровеносный сосуд трубочку, состоявшую из 16 электродов. Затем имплант, похожий на обычный стент, протолкнули вверх по вене, и он оказался внутри коры головного мозга. Там «трубочка» расширилась, электроды плотно прижались к стенкам сосуда внутри мозга и смогли считывать сигналы. Чип проводом связан со вторым имплантом — так называемым синхронным переключателем, установленным под кожей в районе грудной клетки пациента. Именно это устройство по беспроводной связи передает данные на внешний приемник. Такой нейроинтерфейс (интервенционный, или стентрод) безопаснее для пациента, однако качество его сигналов хуже, чем у инвазивных (то есть установленных непосредственно в мозгу) устройств. По точности он немногим лучше неинвазивных интерфейсов.
Испытания нейрочипа продолжаются как в Австралии, так и в США, куда SYNCHRON перенесла свою штаб-квартиру. В отличие от NEURALINK, компания делится своими результатами не в соцсетях, а в научных журналах. Предполагается, что коммерческие продажи продукта, получившего название SWITCH (the Stentrode with Thought-Controlled Digital Switch — стентрод с цифровым переключателем, управляемым мыслью), начнутся уже в нынешнем году.
Еще один игрок на том же поле — компания BLACKROCK. Хит компании — чип Utah Array, наиболее часто используемый в мире нейроимплант. Важно понимать, что нейроинтерфейс включает как минимум четыре блока: чип, снимающий данные с мозга; процессор нейронных сигналов, переводящий электрическую активность мозга в цифровой сигнал; цифровые головные устройства, которые с помощью ПО обрабатывают эти сигналы; и само ПО, позволяющее, в числе прочего, посылать команды на внешние устройства. Для отдельных исследовательских команд создавать с нуля все эти компоненты затруднительно, почти невозможно, поэтому они покупают электронику у BLACKROCK, тем более что вся ее продукция уже одобрена FDA.
Не стоит забывать и о BRAINGATE — консорциуме передовых научных групп нескольких университетов (включая Медицинскую школу Гарварда, Стэнфорд, Калифорнийский университет в Сан-Франциско и клиническую больницу Массачусетского технологического института). Компания проводит исследования с участием людей с 2004 года. В прошлом году BRAINGATE поделилась промежуточными результатами испытаний своего нейроинтерфейса на 14 пациентах с различными диагнозами в семи клинических центрах США. Также в 2023 году компания представила устройство, подарившее голос тем, кто не мог говорить. Одна из пациенток — Энн Джонсон. В 2005 году в возрасте 30 лет она перенесла инсульт и осталась парализованной и немой. Ученые установили Э. Джонсон четыре чипа и научили нейросеть распознавать то, что́ пациентка хочет сказать: для этого женщине нужно «проговаривать» губами свои мысли, то есть задействовать двигательные нейроны. На экране компьютера с родными и врачами общается аватар Э. Джонсон — он не просто произносит слова, но и воспроизводит мимику пациентки. В качестве обучающего материала для нейросети использовали 15‑минутную речь Энн на собственной свадьбе. В октябре 2023 года проект стал победителем ежегодной премии BCI Awards.
«Надо понимать, что этот и другие чипы не читают мысли пациентов. Датчики фиксируют активность двигательных нейронов, и если человек просто думает, но не пытается что-то сказать или сделать, то чип ничего не распознает. Наука еще очень далека от чтения мыслей, поэтому не нужно думать, что условный Илон Маск сможет читать ваши мысли и тем более управлять ими», — объясняет М. Лебедев, член жюри конкурса BCI Awards.
Выделяется на рынке нейрочипов компания NEURAL SIGNALS. Ее учредитель и владелец — Филипп Кеннеди. Считается, что он первым в мире установил нейрочип в мозг человека. Чипы этой компании отличаются от остальных: золотые электроды помещены в стеклянные капсулы с фактором роста — белками, ускоряющими рост клеток; по задумке Ф. Кеннеди, нейроны должны сами прорастать внутрь капсул к электродам и не воспринимать чип как инородное тело. После нескольких операций на пациентах Ф. Кеннеди решил доказать преимущества своего изобретения на себе. Имплантировать инвазивные чипы здоровым людям в США запрещено, поэтому исследователь в 2014 году отправился в одну из стран Карибского моря — Белиз. Там местный нейрохирург провел ему операцию. Из-за отека мозга ученый несколько недель не мог говорить. В итоге изобретатель остался доволен экспериментом, но после него ни власти США, ни частные инвесторы не спешат давать NEURAL SIGNALS гранты на продолжение исследований. Однако компания существует. На своем сайте она предлагает желающим приехать в Белиз и установить себе один из двух нейрочипов (в зависимости от целей: для управления механическими руками или для воспроизведения мыслей).
Говоря о рынке нейрочипов, не стоит сбрасывать со счетов и вузы. Университеты Дьюка, Брауна, Калифорнийский технологический институт и многие другие учебные заведения ведут передовые исследования, в том числе на гранты DARPA (управление перспективных исследовательских проектов министерства обороны США). Крайне перспективное направление — управление роботизированными руками и беспилотниками силой мысли.
В Питтсбургском университете пациенты управляют роботизированными руками с 2012 года. Ян Шойерманн, страдающая квадриплегией, стала первой пациенткой, испытавшей специально созданную инженерами руку Hector, — она смогла самостоятельно выпить чашку чая и съесть шоколадку. Это было важное достижение для всей сферы нейроинтерфейсов, но сегодня оно уже не выглядит чем-то из ряда вон выходящим.
В январе 2019 года специалисты Университета Джонса Хопкинса прооперировали Роберта Чмиелевского — серфера, получившего травму позвоночника и парализованного ниже шеи. Он смог управлять двумя механическими руками одновременно, используя вилку и нож во время обеда. Однако пока управление манипуляторами осуществляется с помощью проводных нейроинтерфейсов.
В мире есть и разработки, направленные на восстановление связи мозга человека с остальным телом. Например, швейцарские ученые проводят испытания своего нейроинтерфейса «мозг — позвоночник». Первый пациент — 40‑летний голландец Герт-Ян Оскам, который, катаясь на велосипеде, получил травму позвоночника, в результате — паралич нижних конечностей. Чип передает сигналы из головного мозга в спинной и позволяет Оскаму управлять ногами. Мужчина пока не может ходить самостоятельно, но уже передвигается с помощью тележки.
На поле инвазивных нейроинтерфейсов Илон Маск не единственный воин. Прямым конкурентом NEURALINK журналисты называют австралийскую компанию SYNCHRON. Испытания своего чипа на людях компания начала раньше, чем NEURALINK подала заявку на одобрение в FDA, — в 2019 году. Первым пациентом стал мужчина с боковым амиотрофическим склерозом. Не имея возможности двигаться и говорить, с помощью чипа Stentrode он смог выполнять простые операции на планшете. Причем для установки чипа ученым не пришлось сверлить пациенту череп: небольшой имплант был установлен через яремную вену. Хирурги сделали небольшой разрез на шее и вставили в кровеносный сосуд трубочку, состоявшую из 16 электродов. Затем имплант, похожий на обычный стент, протолкнули вверх по вене, и он оказался внутри коры головного мозга. Там «трубочка» расширилась, электроды плотно прижались к стенкам сосуда внутри мозга и смогли считывать сигналы. Чип проводом связан со вторым имплантом — так называемым синхронным переключателем, установленным под кожей в районе грудной клетки пациента. Именно это устройство по беспроводной связи передает данные на внешний приемник. Такой нейроинтерфейс (интервенционный, или стентрод) безопаснее для пациента, однако качество его сигналов хуже, чем у инвазивных (то есть установленных непосредственно в мозгу) устройств. По точности он немногим лучше неинвазивных интерфейсов.
Испытания нейрочипа продолжаются как в Австралии, так и в США, куда SYNCHRON перенесла свою штаб-квартиру. В отличие от NEURALINK, компания делится своими результатами не в соцсетях, а в научных журналах. Предполагается, что коммерческие продажи продукта, получившего название SWITCH (the Stentrode with Thought-Controlled Digital Switch — стентрод с цифровым переключателем, управляемым мыслью), начнутся уже в нынешнем году.
Еще один игрок на том же поле — компания BLACKROCK. Хит компании — чип Utah Array, наиболее часто используемый в мире нейроимплант. Важно понимать, что нейроинтерфейс включает как минимум четыре блока: чип, снимающий данные с мозга; процессор нейронных сигналов, переводящий электрическую активность мозга в цифровой сигнал; цифровые головные устройства, которые с помощью ПО обрабатывают эти сигналы; и само ПО, позволяющее, в числе прочего, посылать команды на внешние устройства. Для отдельных исследовательских команд создавать с нуля все эти компоненты затруднительно, почти невозможно, поэтому они покупают электронику у BLACKROCK, тем более что вся ее продукция уже одобрена FDA.
Не стоит забывать и о BRAINGATE — консорциуме передовых научных групп нескольких университетов (включая Медицинскую школу Гарварда, Стэнфорд, Калифорнийский университет в Сан-Франциско и клиническую больницу Массачусетского технологического института). Компания проводит исследования с участием людей с 2004 года. В прошлом году BRAINGATE поделилась промежуточными результатами испытаний своего нейроинтерфейса на 14 пациентах с различными диагнозами в семи клинических центрах США. Также в 2023 году компания представила устройство, подарившее голос тем, кто не мог говорить. Одна из пациенток — Энн Джонсон. В 2005 году в возрасте 30 лет она перенесла инсульт и осталась парализованной и немой. Ученые установили Э. Джонсон четыре чипа и научили нейросеть распознавать то, что́ пациентка хочет сказать: для этого женщине нужно «проговаривать» губами свои мысли, то есть задействовать двигательные нейроны. На экране компьютера с родными и врачами общается аватар Э. Джонсон — он не просто произносит слова, но и воспроизводит мимику пациентки. В качестве обучающего материала для нейросети использовали 15‑минутную речь Энн на собственной свадьбе. В октябре 2023 года проект стал победителем ежегодной премии BCI Awards.
«Надо понимать, что этот и другие чипы не читают мысли пациентов. Датчики фиксируют активность двигательных нейронов, и если человек просто думает, но не пытается что-то сказать или сделать, то чип ничего не распознает. Наука еще очень далека от чтения мыслей, поэтому не нужно думать, что условный Илон Маск сможет читать ваши мысли и тем более управлять ими», — объясняет М. Лебедев, член жюри конкурса BCI Awards.
Выделяется на рынке нейрочипов компания NEURAL SIGNALS. Ее учредитель и владелец — Филипп Кеннеди. Считается, что он первым в мире установил нейрочип в мозг человека. Чипы этой компании отличаются от остальных: золотые электроды помещены в стеклянные капсулы с фактором роста — белками, ускоряющими рост клеток; по задумке Ф. Кеннеди, нейроны должны сами прорастать внутрь капсул к электродам и не воспринимать чип как инородное тело. После нескольких операций на пациентах Ф. Кеннеди решил доказать преимущества своего изобретения на себе. Имплантировать инвазивные чипы здоровым людям в США запрещено, поэтому исследователь в 2014 году отправился в одну из стран Карибского моря — Белиз. Там местный нейрохирург провел ему операцию. Из-за отека мозга ученый несколько недель не мог говорить. В итоге изобретатель остался доволен экспериментом, но после него ни власти США, ни частные инвесторы не спешат давать NEURAL SIGNALS гранты на продолжение исследований. Однако компания существует. На своем сайте она предлагает желающим приехать в Белиз и установить себе один из двух нейрочипов (в зависимости от целей: для управления механическими руками или для воспроизведения мыслей).
Говоря о рынке нейрочипов, не стоит сбрасывать со счетов и вузы. Университеты Дьюка, Брауна, Калифорнийский технологический институт и многие другие учебные заведения ведут передовые исследования, в том числе на гранты DARPA (управление перспективных исследовательских проектов министерства обороны США). Крайне перспективное направление — управление роботизированными руками и беспилотниками силой мысли.
В Питтсбургском университете пациенты управляют роботизированными руками с 2012 года. Ян Шойерманн, страдающая квадриплегией, стала первой пациенткой, испытавшей специально созданную инженерами руку Hector, — она смогла самостоятельно выпить чашку чая и съесть шоколадку. Это было важное достижение для всей сферы нейроинтерфейсов, но сегодня оно уже не выглядит чем-то из ряда вон выходящим.
В январе 2019 года специалисты Университета Джонса Хопкинса прооперировали Роберта Чмиелевского — серфера, получившего травму позвоночника и парализованного ниже шеи. Он смог управлять двумя механическими руками одновременно, используя вилку и нож во время обеда. Однако пока управление манипуляторами осуществляется с помощью проводных нейроинтерфейсов.
В мире есть и разработки, направленные на восстановление связи мозга человека с остальным телом. Например, швейцарские ученые проводят испытания своего нейроинтерфейса «мозг — позвоночник». Первый пациент — 40‑летний голландец Герт-Ян Оскам, который, катаясь на велосипеде, получил травму позвоночника, в результате — паралич нижних конечностей. Чип передает сигналы из головного мозга в спинной и позволяет Оскаму управлять ногами. Мужчина пока не может ходить самостоятельно, но уже передвигается с помощью тележки.
3D модель чипа NEURALINK
НейроРоссия
В России бо́льшая часть лабораторий работает с неинвазивными интерфейсами — без имплантации чипов: это проще и дешевле. В нашей стране университетская клиника — редкость, а не норма, поэтому любые научные проекты, связанные с хирургическим вмешательством, упираются в межведомственную бюрократию, отсутствие штатных специалистов и низкий уровень культуры сотрудничества (соглашений о сотрудничестве между вузами и бизнесом много, но реальных проектов крайне мало). А те лаборатории, которые все же работают с инвазивными нейроинтерфейсами (например, лаборатория нейропротезов в СПбГУ под руководством Павла Мусиенко), пока ограничиваются опытами на животных. Самые интересные и перспективные разработки стали участницами Национальной технологической инициативы (НТИ), в которой выделено отдельное направление — Нейронет. В частности, собственная линейка профессионального оборудования и большой опыт реабилитации пациентов с ДЦП, спинальными травмами и инсультом есть у компании «Косима» (научный руководитель — член-корреспондент РАН, зав. лабораторией в Институте физиологии им. И. П. Павлова РАН Юрий Герасименко). Большой портфель продуктов для лабораторного и домашнего использования предлагает группа компаний «Нейроботикс». Еще один пример — компания Neiry, создавшая нейропродукты не для реабилитации пациентов, а для здоровых людей (наушники и головную повязку).
Неинвазивные системы используются и развиваются также в университетах: МГУ, ВШЭ, Сколтехе, ННГУ и других. «Долгое время наша лаборатория в Нижегородском университете работала в сфере неинвазивных нейроинтерфейсов, мы разработали идеомоторные тренировки для постинсультных больных. В вузе есть и лаборатория, которая фокусируется на электронике. Несколько лет назад мы поняли, что дальше нужно двигаться вместе. Сейчас приступаем к созданию системы нейроуправления протезами. Кроме того, стало очевидно, что существующая компьютерная архитектура в принципе не может сравниться по своей производительности с мозгом человека. Поэтому началась работа по созданию мемристоров — резисторов с памятью. Это та новая элементная база, которая может помочь нам сделать компьютеры биоподобными: мемристоры могут стать аналогами синапсов в мозге). Такие работы мы ведем в рамках НЦФМ», — рассказала Сусанна Гордлеева, профессор кафедры нейротехнологий Института биологии и биомедицины Нижегородского госуниверситета, лауреат премии Президента в области науки и инноваций для молодых ученых 2023 года.
В России бо́льшая часть лабораторий работает с неинвазивными интерфейсами — без имплантации чипов: это проще и дешевле. В нашей стране университетская клиника — редкость, а не норма, поэтому любые научные проекты, связанные с хирургическим вмешательством, упираются в межведомственную бюрократию, отсутствие штатных специалистов и низкий уровень культуры сотрудничества (соглашений о сотрудничестве между вузами и бизнесом много, но реальных проектов крайне мало). А те лаборатории, которые все же работают с инвазивными нейроинтерфейсами (например, лаборатория нейропротезов в СПбГУ под руководством Павла Мусиенко), пока ограничиваются опытами на животных. Самые интересные и перспективные разработки стали участницами Национальной технологической инициативы (НТИ), в которой выделено отдельное направление — Нейронет. В частности, собственная линейка профессионального оборудования и большой опыт реабилитации пациентов с ДЦП, спинальными травмами и инсультом есть у компании «Косима» (научный руководитель — член-корреспондент РАН, зав. лабораторией в Институте физиологии им. И. П. Павлова РАН Юрий Герасименко). Большой портфель продуктов для лабораторного и домашнего использования предлагает группа компаний «Нейроботикс». Еще один пример — компания Neiry, создавшая нейропродукты не для реабилитации пациентов, а для здоровых людей (наушники и головную повязку).
Неинвазивные системы используются и развиваются также в университетах: МГУ, ВШЭ, Сколтехе, ННГУ и других. «Долгое время наша лаборатория в Нижегородском университете работала в сфере неинвазивных нейроинтерфейсов, мы разработали идеомоторные тренировки для постинсультных больных. В вузе есть и лаборатория, которая фокусируется на электронике. Несколько лет назад мы поняли, что дальше нужно двигаться вместе. Сейчас приступаем к созданию системы нейроуправления протезами. Кроме того, стало очевидно, что существующая компьютерная архитектура в принципе не может сравниться по своей производительности с мозгом человека. Поэтому началась работа по созданию мемристоров — резисторов с памятью. Это та новая элементная база, которая может помочь нам сделать компьютеры биоподобными: мемристоры могут стать аналогами синапсов в мозге). Такие работы мы ведем в рамках НЦФМ», — рассказала Сусанна Гордлеева, профессор кафедры нейротехнологий Института биологии и биомедицины Нижегородского госуниверситета, лауреат премии Президента в области науки и инноваций для молодых ученых 2023 года.
Руками робота
NEURALINK сообщает о том, что испытания проходит не только чип, но и аппарат по установке чипов. Это робот, с помощью пяти камер и системы оптической когерентной томографии очень точно вставляющий в кору головного мозга нити-электроды в четыре раза тоньше человеческого волоса.
Рука человека не может работать настолько точно с такими тонкими объектами. Поэтому робот станет залогом коммерческого успеха компании, если чип докажет свою эффективность и будет разрешен к массовому использованию.
Рука человека не может работать настолько точно с такими тонкими объектами. Поэтому робот станет залогом коммерческого успеха компании, если чип докажет свою эффективность и будет разрешен к массовому использованию.
Будущее
Очевидно, что конкуренция на формирующемся рынке инвазивных интерфейсов довольно высока, однако важно учитывать, что 86 % общего рынка интерфейсов составляют неинвазивные системы. Это данные за 2022 год, тогда объем рынка оценивался в $ 1,7 млрд. По прогнозам различных агентств, рынок будет расти, но инвазивные решения в ближайшие 15−20 лет останутся на периферии внимания инвесторов: «Бизнес знает о нейроинтерфейсах более 50 лет, и все это время инвесторы ждут ответа на простой вопрос: зачем они нужны? До сих пор ответ очевиден только в случае пациентов с тяжелыми заболеваниями: для них такие системы — несомненное благо. Правда, очень дорогое: немногие способны платить за операции и чипы десятки тысяч долларов. Без государственных программ в сфере здравоохранения технология не станет массовой, и до сих пор главный инвестор — это государство. Сегодня бизнесу интересны неинвазивные системы, но они не дают никаких преимуществ. Это скорее дорогие игрушки для гиков, подобно шлемам виртуальной реальности — технология есть, но массовой она не стала. Поэтому далеко не все инвестфонды готовы вкладываться в эту сферу: слишком долго ждать возврата инвестиций», — резюмирует Андрей Афанасьев, венчурный партнер фонда SkyHigh.
Очевидно, что конкуренция на формирующемся рынке инвазивных интерфейсов довольно высока, однако важно учитывать, что 86 % общего рынка интерфейсов составляют неинвазивные системы. Это данные за 2022 год, тогда объем рынка оценивался в $ 1,7 млрд. По прогнозам различных агентств, рынок будет расти, но инвазивные решения в ближайшие 15−20 лет останутся на периферии внимания инвесторов: «Бизнес знает о нейроинтерфейсах более 50 лет, и все это время инвесторы ждут ответа на простой вопрос: зачем они нужны? До сих пор ответ очевиден только в случае пациентов с тяжелыми заболеваниями: для них такие системы — несомненное благо. Правда, очень дорогое: немногие способны платить за операции и чипы десятки тысяч долларов. Без государственных программ в сфере здравоохранения технология не станет массовой, и до сих пор главный инвестор — это государство. Сегодня бизнесу интересны неинвазивные системы, но они не дают никаких преимуществ. Это скорее дорогие игрушки для гиков, подобно шлемам виртуальной реальности — технология есть, но массовой она не стала. Поэтому далеко не все инвестфонды готовы вкладываться в эту сферу: слишком долго ждать возврата инвестиций», — резюмирует Андрей Афанасьев, венчурный партнер фонда SkyHigh.
Нейроинтерфейс Headband — инновационный гаджет, разработанный биотех-лабораторией Neiry, резидентом Сколково
Однако визионеры настаивают: прекрасное будущее без нейроинтерфейса невозможно. В 2012 году Ф. Кеннеди написал и опубликовал роман «2051»: по сюжету главный герой — Альфа, первооткрыватель нейронных электродов ирландского происхождения (кажется, автор имел в виду самого себя), — это киборг, мозг 107‑летнего человека, перенесенный в железную машину. Ф. Кеннеди, выступая визионером, рассматривает нейроинтерфейсы не только как решение медицинских проблем, но и шире — как способ наделить разум человека совершенным телом.
Специалисты сходятся во мнении, что сегодня это фантастика. Однако стоит вспомнить о том, сколько грандиозных идей поначалу тоже казались несбыточными мечтами. Нейроспециалисты полны энтузиазма. Уже сегодня на мышах проводятся эксперименты по стиранию памяти (почти как в фильме «Вечное сияние чистого разума») и даже ее «пересадке» (речь не о трансплантации мозга, а именно о нейроинтерфейсах): чип считывает активность мозга мыши, выполняющей выученное движение; затем такой же сигнал передается в мозг другой мыши — и она знает, что́ ей нужно делать! Конечно, пока эти эксперименты находятся на начальной стадии. Однако если проблема биосовместимости имплантов будет решена, чипы могут выйти из зоны научных экспериментов и стать частью сегмента персональной электроники. И это будет уже совсем другая реальность.
Специалисты сходятся во мнении, что сегодня это фантастика. Однако стоит вспомнить о том, сколько грандиозных идей поначалу тоже казались несбыточными мечтами. Нейроспециалисты полны энтузиазма. Уже сегодня на мышах проводятся эксперименты по стиранию памяти (почти как в фильме «Вечное сияние чистого разума») и даже ее «пересадке» (речь не о трансплантации мозга, а именно о нейроинтерфейсах): чип считывает активность мозга мыши, выполняющей выученное движение; затем такой же сигнал передается в мозг другой мыши — и она знает, что́ ей нужно делать! Конечно, пока эти эксперименты находятся на начальной стадии. Однако если проблема биосовместимости имплантов будет решена, чипы могут выйти из зоны научных экспериментов и стать частью сегмента персональной электроники. И это будет уже совсем другая реальность.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ