L'activité de Neuralink nous tenait tous en haleine depuis deux ans.
« - Qu'est-ce qu'ils ont inventé ? — Pouvons-nous transférer nos esprits ou uhmm… le connecter au point d'accès Wi-Fi ? » — laissons un instant de côté nos fantasmes futuristes, nous y reviendrons plus tard.
L'annonce récente d'Elon Musk sur les progrès de Neuralink dans la recherche sur les interfaces cerveau-machine (IMC) a été surprenante en ce qui concerne le nombre d'améliorations. Cependant, il reste encore un long chemin à parcourir avant que nous mettions enfin des micro-trucs dans nos crânes et contrôlions l'environnement ou (* fantasme futuriste ici *) lisions l'esprit de quelqu'un d'autre.

Dans l'article d'aujourd'hui, nous examinerons cette recherche sur la base du livre blanc de Neuralink [1] publié le jour de l'événement de lancement de Neuralink. L'objectif est de présenter quelques points saillants du système Neuralink, étape par étape, tel qu'il a été présenté dans l'article cité. Nous résumerons en discutant des résultats potentiels des solutions proposées.

Technologie

Même si vous êtes familier avec les avancées des idées high-tech, cela vaut la peine de se demander : qu'est-ce que l'interface cerveau-machine en général ? Eh bien, la définition peut sembler large, mais les IMC sont des appareils / ensembles d'appareils, qui se situent entre le cerveau et la machine (il peut s'agir d'un ordinateur, d'un membre prothétique, d'un module pour allumer/éteindre quelque chose - à peu près tout contrôlable) . L'objectif de l'IMC est d'assurer la médiation entre le cerveau et la machine en transférant le signal de l'un à l'autre (peut-être dans les deux sens).

Quel est le signal de l'IMC ? La question se divise ici à plusieurs niveaux. Les IMC peuvent être grossièrement divisés en invasifs et non invasifs . Vous pouvez reconnaître des techniques telles que l'électroencéphalographie (EEG) ou l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) - ces deux sont de très bons exemples de mesure qui peuvent être utilisés pour les IMC non invasifs (non invasifs == pas besoin d'interventions chirurgicales). Lors de l'utilisation de l'EEG, nous enregistrons des changements spécifiques du potentiel électrique du cuir chevelu ; avec l'IRMf, nous pouvons étudier les réponses dépendantes du niveau d'oxygène dans le sang (BOLD) - les deux signaux peuvent être enregistrés, traités et utilisés à des fins de pilotage.

En ce qui concerne les IMC invasifs, il est nécessaire d'effectuer une intervention chirurgicale afin de placer des éléments sous le crâne - cela peut être à la surface du cerveau ou dans le cortex cérébral. Oui, vous pouvez ressentir la chair de poule en l'imaginant. Dans le cortex cérébral, il existe de nombreux corps cellulaires de neurones, et les neurones sont des cellules excitables , ils ont donc une activité électrique qui change dans le temps. Et c'est ce que nous pouvons essentiellement enregistrer et utiliser . Et c'est ce qu'Elon & Neuralink ont ​​utilisé dans le cadre de leur étude.

Étape par étape - qu'y a-t-il à l'intérieur de Neuralink BMI ?

Le système se compose d'un robot chirurgical, d'implants et d'électronique externe pour fournir de l'énergie et collecter les données. Sa structure modulaire est très prometteuse, car elle donne la possibilité d'étendre le système en plaçant les implants sur une large gamme de surfaces cérébrales.
Passons en revue chaque partie de l'IMC de Neuralink.

Le robot - alias la machine à coudre

Le robot chirurgical m'a étonné ! Il ne ressemble pas au robot médical le plus compliqué au monde, mais possède de nombreuses fonctionnalités et est... élégant. Une seule partie est en contact direct avec le tissu cérébral - c'est l'aiguille avec un fil, dirigée par l'inserteur. L'aiguille a son propre moteur linéaire, juste pour la pousser et la tirer rapidement de la surface du cortex. Qu'en est-il des autres fonctionnalités ? Oh ! Capteurs de position cérébrale, six sources lumineuses de différentes longueurs d'onde et caméras - ensemble, ils jouent un rôle énorme dans la localisation des structures cérébrales sur la base de coordonnées connues et du suivi de la profondeur de champ, mais sont également nécessaires au neurochirurgien pour surveiller la procédure. Le robot peut fonctionner en mode automatique (assez impressionnant, 6 threads en une minute !), mais bon, pour le moment, il est toujours acceptable d'avoir un expert à vos côtés.

Le truc - des électrodes à l'USB-C

Commençons par les électrodes. Les auteurs ont écrit sur leurs essais avec deux matériaux différents pour les électrodes elles-mêmes - PEDOT (un polymère conducteur durable) et l'oxyde d'irydium (ils ont écrit sur sa meilleure biocompatibilité que celle de PEDOT). Les électrodes sont placées sur un fil de polymère qui est inséré dans le tissu cérébral. Le nombre d'électrodes est impressionnant ! Sur un fil, il y en a 32. Neuralink a présenté deux systèmes - décrits comme A et B - qui se composent respectivement de 1536 et 3072 électrodes (Figure 2). Ouah.

Ils ont inventé leur propre circuit ASIC sur mesure (voir Figure 2). Il dispose de 256 amplificateurs, qui peuvent servir à la fois à 8 fils (8 fils - 256 électrodes, puis 1 électrode - 1 amplificateur). Le reste du circuit est un convertisseur ADC avec un taux d'échantillonnage de ~ 19 kHz et des circuits pour emballer et envoyer les données via l'USB-C. L'USB-C fournit également de l'énergie au système, d'environ 6 mW par ASIC.

Qu'est-ce qui a été enregistré jusqu'à présent ?

L'un des objectifs de cet article était d'expliquer brièvement ce qui a été enregistré lors des expériences de Neuralink, car certains concepts de neurophysiologie n'étaient pas définis dans le livre blanc publié. Les auteurs ont écrit que le signal de leur intérêt se présente sous deux formes : les pointes et les potentiels de champ locaux (LFP) . Quels sont ces?

• Les pics (plus formels : potentiels d'action ) sont des changements rapides de polarité, par exemple de la membrane des neurones. Comme vous le savez, chaque cellule a une limite — dans le cas des animaux, il s'agit d'une membrane constituée de diverses protéines, phospholipides, etc. qui transmet sélectivement des produits à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule. Les environnements externes et internes des cellules diffèrent en ce qui concerne la distribution des ions - s'il est stable, nous disons que c'est le potentiel de repos . En ce qui concerne les neurones, si les canaux d'une membrane s'ouvrent (parce qu'ils sont excités), des changements rapides se produisent dans la cellule, entraînant une dépolarisation ou une hyperpolarisation . S'il s'accumule et atteint un seuil, un pic est déclenché. [2]
• Le potentiel de champ local (LFP) est enregistré à partir du groupe de cellules nerveuses au voisinage de l'électrode. C'est une somme d'activité électrique d'un groupe de neurones, bien que la source de l'activité électrique enregistrée ne réside pas dans le potentiel d'action individuel, mais dans les courants synaptiques et dendritiques. [3]

Neuralink a utilisé cette approche pour étudier leur IMC sur des rats, alors qu'ils exploraient librement l'espace. Les auteurs enregistraient les signaux à l'aide des systèmes A et B avec détection en ligne de certaines structures (telles que les pointes). Le robot de couture a effectué 19 interventions chirurgicales sur des rats avec un taux de réussite de 87 %, bien qu'il n'ait pas été décrit comment la performance a été mesurée (profondeur d'insertion réussie ? Erreurs du robot ? Casse-fil ?).

Lors de l'événement de lancement de Neuralink, il y a eu une présentation d'idées futures pour l'application de l'IMC chez l'homme. L'idée générale sous-jacente est que le système consistera en des implants (similaires à ceux présentés dans l'article cité, [1]), qui seront connectés à un appareil portable externe ressemblant à une prothèse auditive. Ce portable se connectera via Bluetooth avec l'application Neuralink sur votre iPhone. C'est cool. Mais il y a aussi beaucoup de doutes qui surgissent? Qu'en est-il de la sécurité des données ? Qu'en est-il du stockage des données ? La quantité de données du cerveau sera probablement énorme et pas utile dans son ensemble, mais certaines tendances ou informations spécifiques sur son cerveau / sa santé mentale sont quelque chose. Quelque chose que nous aimerions protéger.

Conclusion ? Connaissances?

• Beaucoup et peu. Il y a beaucoup d'améliorations faites. Le fil avec électrodes semble être une solution rapide et robuste tout en envisageant certaines applications cliniques futures. Il existe également un système innovant de son application - comme je l'ai écrit ci-dessus, la vitesse du robot et ses fonctionnalités supplémentaires sont impressionnantes. Mais encore, il y a beaucoup à faire si nous voulons obtenir un IMC complet — en particulier avec l'interprétation du signal extracellulaire, car nous devons l'affecter à des tâches spécifiques effectuées par la machine.
• Modulation des neurones. Je l'aime bien. Je ne l'ai pas mentionné plus tôt, mais l'équipe de Neuralink affirme que les électrodes pourront à la fois enregistrer et stimuler les tissus cérébraux. Elle ouvre un large éventail de possibilités, notamment en vue de troubles liés à des changements de concentration de substances spécifiques. Un système cybernétique en boucle fermée.
• Beaucoup de canaux et un système modulaire. C'est un énorme avantage, car on peut concevoir le déplacement des électrodes à des fins cliniques ou non cliniques particulières (à l'avenir :-)).

Références

[1] Musk, E., Neuralink (2019) Une plate-forme d'interface cerveau-machine intégrée avec des milliers de canaux . (livre blanc)
[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

Publié à l'origine sur https://annastroz.com le 21 juillet 2019.