La actividad de Neuralink nos tenía a todos en vilo desde hace dos años.
“- ¿Qué inventaron? — ¿Podemos transferir nuestras mentes o uhmm… conectarlo al punto de acceso WiFi?” — dejemos de lado nuestras fantasías futuristas por un momento, las consideraremos más adelante.
El anuncio reciente de Elon Musk sobre el progreso de Neuralink en la investigación de interfaces cerebro-máquina (BMI) fue sorprendente con respecto a la cantidad de mejoras. Sin embargo, queda un largo camino por recorrer hasta que finalmente pongamos algunas microcosas en nuestros cráneos y controlemos el medio ambiente o (*fantasía futurista aquí*) leamos la mente de otra persona.

En la publicación de hoy, analizaremos esta investigación sobre la base del informe técnico de Neuralink [1] publicado el día del evento de lanzamiento de Neuralink. El objetivo es presentar algunos aspectos destacados del sistema Neuralink, paso a paso, tal como se presentó en el documento citado. Haremos un resumen discutiendo los posibles resultados de las soluciones propuestas.

tecnología

Incluso si está familiarizado con los avances en ideas de alta tecnología, valdría la pena preguntar: ¿qué es la interfaz cerebro-máquina en general? Bueno, la definición puede parecer amplia, pero los BMI son dispositivos/conjuntos de dispositivos, que se encuentran entre el cerebro y la máquina (puede ser una computadora, una prótesis, un módulo para encender/apagar algo, casi todo controlable) . El objetivo del BMI es mediar entre el cerebro y la máquina transfiriendo la señal de uno a otro (puede ser de ambas formas).

¿Cuál es la señal del IMC? El problema se divide aquí en muchos niveles. Los IMC se pueden dividir aproximadamente en invasivos y no invasivos . Es posible que reconozca técnicas como la electroencefalografía (EEG) o la resonancia magnética funcional (fMRI): estos dos son buenos ejemplos de medición que se pueden usar para el IMC no invasivo (no invasivo == sin necesidad de ningún procedimiento quirúrgico). Mientras usamos EEG, registramos cambios específicos de potencial eléctrico del cuero cabelludo; con fMRI podemos investigar las respuestas dependientes del nivel de oxígeno en la sangre (BOLD): ambas señales se pueden registrar, procesar y utilizar con fines de dirección.

Cuando se trata de IMC invasivos, es necesario realizar una cirugía para colocar algo debajo del cráneo; puede estar en la superficie del cerebro o dentro de la corteza cerebral. Sí, puede sentir la piel de gallina mientras lo imagina. En la corteza cerebral hay muchos cuerpos celulares de neuronas, y las neuronas son células excitables , por lo que su actividad eléctrica cambia con el tiempo. Y esto es lo que básicamente podemos grabar y usar . Y esto es lo que usaron Elon & Neuralink para el propósito de su estudio.

Paso a paso: ¿qué hay dentro de Neuralink BMI?

El sistema consta de un robot quirúrgico, implantes y componentes electrónicos externos para proporcionar energía y recopilar los datos. Su estructura modular es muy prometedora, ya que brinda la oportunidad de ampliar el sistema colocando los implantes en una amplia gama de superficies cerebrales.
Repasemos cada parte del IMC de Neuralink.

El robot, también conocido como la máquina de coser .

¡El robot quirúrgico me asombró! No parece el robot médico más complicado del mundo, pero posee muchas características y es... elegante. Solo una parte tiene contacto directo con el tejido cerebral: es la aguja con hilo, dirigida por el introductor. La aguja tiene su propio motor lineal, solo para empujarla y tirar rápidamente de la superficie de la corteza. ¿Qué pasa con otras características? ¡Guau! Sensores de posición cerebral, seis fuentes de luz de varias longitudes de onda y cámaras: juntos juegan un papel muy importante en la localización de estructuras cerebrales sobre la base de coordenadas conocidas y seguimiento de profundidad de campo, pero también son necesarios para que el neurocirujano controle el procedimiento. El robot puede funcionar en modo automático (bastante impresionante, ¡6 subprocesos en un minuto!), pero oye, en este momento todavía está bien tener un experto de tu lado.

El material: desde electrodos hasta USB-C

Empecemos por los electrodos. Los autores escribieron sobre sus pruebas con dos materiales diferentes para los electrodos: PEDOT (un polímero conductor duradero) y óxido de iridio (escribieron sobre su mejor biocompatibilidad que la de PEDOT). Los electrodos se colocan en un hilo de polímero que se inserta en el tejido cerebral. ¡La cantidad de electrodos es impresionante! En un hilo hay 32 de ellos. Neuralink presentó dos sistemas, descritos como A y B, que constan de 1536 y 3072 electrodos respectivamente (Figura 2). Guau.

Inventaron su propio circuito ASIC hecho a la medida (ver Figura 2). Tiene 256 amplificadores, que pueden servir para 8 hilos a la vez (8 hilos - 256 electrodos, luego 1 electrodo - 1 amplificador). El resto del circuito son convertidores ADC con tasa de muestreo de ~ 19 kHz y circuitos para empaquetar y enviar los datos a través del USB-C. USB-C también proporciona energía para el sistema, de aproximadamente 6 mW por ASIC.

¿Qué se registró hasta ahora?

Uno de los objetivos de esta publicación fue explicar brevemente lo que se registró durante los experimentos de Neuralink, ya que algunos conceptos de la neurofisiología no se definieron en el libro blanco publicado. Los autores escribieron que la señal de su interés viene en dos: picos y potenciales de campo local (LFP) . ¿Que son esos?

• Los picos (más formales: potenciales de acción ) son cambios rápidos en la polaridad de, por ejemplo, la membrana de una neurona. Como saben, cada célula tiene un límite; en el caso de los animales, es una membrana que consta de varias proteínas, fosfolípidos, etc., que transmite selectivamente productos dentro o fuera de la célula. Los ambientes externo e interno de las células difieren con respecto a la distribución de iones ; si es estable, decimos que es el potencial de reposo . Cuando se trata de neuronas, si los canales de una membrana se abren (debido a la excitación), se producen cambios rápidos en la célula que dan como resultado la despolarización o la hiperpolarización . Si se acumula y alcanza un umbral, se activa un pico. [2]
• El potencial de campo local (LFP) se registra del grupo de células nerviosas en la vecindad del electrodo. Es una suma de la actividad eléctrica de un grupo de neuronas, aunque la fuente de la actividad eléctrica registrada no se encuentra en el potencial de acción individual, sino en las corrientes sinápticas y dendríticas. [3]

Neuralink usó este enfoque para estudiar sus IMC en ratas, mientras exploraban libremente el espacio. Los autores estaban registrando las señales con el uso de los sistemas A y B con detección en línea de algunas estructuras (como picos). El robot de costura realizó 19 cirugías en ratas con una tasa de éxito del 87%, aunque no se describió cómo se midió el rendimiento (¿profundidad de inserción exitosa? ¿errores del robot? ¿rotura del hilo?).

Durante el Evento de Lanzamiento de Neuralink hubo una presentación de ideas futuras para la aplicación de BMI en humanos. La idea general detrás de esto es que el sistema consistirá en implantes (similares a los presentados en el artículo citado, [1]), que se conectarán a un dispositivo portátil externo que parece un audífono. Este dispositivo portátil se conectará a través de Bluetooth con la aplicación Neuralink en su iPhone. esto es genial ¿Pero también surgen muchas dudas? ¿Qué pasa con la seguridad de los datos? ¿Qué pasa con el almacenamiento de datos? La cantidad de datos del cerebro será probablemente enorme y no útil en su conjunto, pero algunas tendencias específicas o información sobre el cerebro o la salud mental de uno es algo. Algo que nos gustaría proteger.

¿Conclusiones? ¿Perspectivas?

• mucho y poco. Hay muchas mejoras hechas. El hilo con electrodos parece ser una solución rápida y robusta al considerar algunas aplicaciones clínicas futuras. También hay un sistema innovador de su aplicación: como escribí anteriormente, la velocidad del robot y sus características adicionales son impresionantes. Pero aún así, queda mucho por hacer si queremos obtener un IMC completo, en particular con la interpretación de la señal extracelular, ya que debemos asignarla a tareas específicas realizadas por la máquina.
• Modulación de las neuronas. Me gusta. No lo mencioné antes, pero el equipo de Neuralink afirma que los electrodos podrán registrar y estimular el tejido cerebral. Abre una amplia gama de posibilidades, especialmente para los trastornos relacionados con cambios en la concentración de sustancias específicas. Un sistema cibernético de circuito cerrado.
• Muchos canales y un sistema modular. Esta es una gran ventaja, ya que se puede diseñar el desplazamiento de los electrodos para fines clínicos o no clínicos particulares (en el futuro:-)).

Referencias

[1] Musk, E., Neuralink (2019) Una plataforma integrada de interfaz cerebro-máquina con miles de canales . (libro blanco)
[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Action_potential
[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Local_field_potential
[4]https://www.technologyreview.com/f/613969/elon-musks-neuralink-says-its-nearly-ready-for-the-first-human-volunteers/?utm_campaign=the_download.unpaid.engagement&utm_source=hs_email&utm_medium=email&utm_content=74731923&_hsenc=p2ANqtz-9otWbhoo4oj2wzQuNcnI-XaM_K98vE3h6Um6UI4mQuIrWw24eApb0ZtPmfoiCrVzw2oUzKy1zQyW2gd7C-oFP3HYiiQ&_hsmi=74731923
[5]https://dzienniknaukowy.pl/nowe-technologie/elon-musk-przedstawil-szczegoly-interfejsu-mozg-komputer-od-neuralink
[6]https://www.youtube.com/watch?v=r-vbh3t7WVI

Publicado originalmente en https://annastroz.com el 21 de julio de 2019.