Hoạt động của Neuralink đã khiến tất cả chúng tôi hồi hộp trong hai năm qua.
“- Họ đã phát minh ra cái gì? — Chúng ta có thể chuyển tâm trí của mình hay uhmm… kết nối nó với điểm phát WiFi không?” — hãy tạm gác những tưởng tượng về tương lai của chúng ta sang một bên, chúng ta sẽ xem xét chúng sau.
Thông báo gần đây của Elon Musk về sự tiến bộ của Neuralink trong nghiên cứu giao diện não-máy (BMI) đã gây ngạc nhiên về số lượng cải tiến. Tuy nhiên, còn một chặng đường dài phía trước cho đến khi cuối cùng chúng ta sẽ đưa một số thứ siêu nhỏ vào hộp sọ của mình và kiểm soát môi trường hoặc (*tưởng tượng tương lai ở đây*) đọc được suy nghĩ của người khác.

Trong bài đăng hôm nay, chúng tôi sẽ xem xét kỹ lưỡng phần nghiên cứu này trên cơ sở sách trắng của Neuralink [1] được xuất bản vào ngày Sự kiện ra mắt Neuralink. Mục tiêu là trình bày từng bước một số điểm nổi bật của hệ thống Neuralink, như đã được trình bày trong bài báo được trích dẫn. Chúng tôi sẽ tóm tắt bằng cách thảo luận về các kết quả tiềm năng của các giải pháp được đề xuất.

công nghệ

Ngay cả khi bạn đã quen thuộc với những tiến bộ trong các ý tưởng công nghệ cao, bạn vẫn nên đặt câu hỏi: giao diện não-máy nói chung là gì? Chà, định nghĩa có vẻ rộng, nhưng BMI là thiết bị/bộ thiết bị nằm giữa não và máy (nó có thể là máy tính, chân tay giả, mô-đun để bật/tắt thứ gì đó - gần như mọi thứ đều có thể điều khiển được) . Mục tiêu của chỉ số BMI là làm trung gian giữa não và máy bằng cách chuyển tín hiệu từ cái này sang cái khác (có thể theo cả hai cách).

Tín hiệu của chỉ số BMI là gì? Vấn đề phân chia ở đây trên nhiều cấp độ. BMI có thể được tạm chia thành xâm lấn và không xâm lấn . Bạn có thể nhận ra các kỹ thuật như điện não đồ (EEG) hoặc chụp cộng hưởng từ chức năng (fMRI) - hai kỹ thuật này là những ví dụ khá hay về phép đo có thể được sử dụng cho chỉ số BMI không xâm lấn (không xâm lấn == không cần bất kỳ thủ tục phẫu thuật nào). Trong khi sử dụng điện não đồ, chúng tôi ghi lại những thay đổi cụ thể của điện thế từ da đầu; với fMRI, chúng tôi có thể điều tra các phản ứng phụ thuộc vào nồng độ oxy trong máu (BOLD) — cả hai tín hiệu đều có thể được ghi lại, xử lý và tiếp tục sử dụng cho mục đích chỉ đạo.

Khi nói đến chỉ số BMI xâm lấn, cần phải thực hiện một cuộc phẫu thuật để đặt một số thứ vào dưới hộp sọ - nó có thể ở trên bề mặt não hoặc bên trong vỏ não. Vâng, bạn có thể cảm thấy nổi da gà khi tưởng tượng về nó. Trong vỏ não có rất nhiều thân tế bào của tế bào thần kinh và tế bào thần kinh là những tế bào dễ bị kích thích nên chúng có hoạt động điện thay đổi theo thời gian. Và đây là những gì về cơ bản chúng ta có thể ghi lại và sử dụng . Và đây là thứ mà Elon & Neuralink sử dụng cho mục đích nghiên cứu của họ.

Từng bước một — có gì bên trong Neuralink BMI?

Hệ thống này bao gồm một robot phẫu thuật, bộ phận cấy ghép và thiết bị điện tử bên ngoài để cung cấp năng lượng và thu thập dữ liệu. Cấu trúc mô-đun của nó rất hứa hẹn, vì nó mang lại cơ hội mở rộng hệ thống bằng cách đặt các mô cấy trên nhiều bề mặt não.
Hãy lướt qua từng phần của chỉ số BMI của Neuralink.

Robot - hay còn gọi là máy may

Robot phẫu thuật làm tôi kinh ngạc! Trông nó không giống một robot y tế phức tạp nhất thế giới, nhưng lại sở hữu nhiều tính năng và.. thanh lịch. Chỉ có một bộ phận tiếp xúc trực tiếp với mô não—đó là kim có chỉ, dẫn đầu bởi bộ chèn. Kim có động cơ tuyến tính riêng, chỉ để nhanh chóng đẩy và kéo nó ra khỏi bề mặt vỏ não. Còn các tính năng khác thì sao? Ồ! Cảm biến vị trí não, sáu nguồn sáng có bước sóng khác nhau và máy ảnh — cùng nhau, chúng đóng vai trò to lớn trong việc định vị cấu trúc não trên cơ sở tọa độ đã biết và độ sâu trường theo dõi, nhưng cũng cần thiết để bác sĩ giải phẫu thần kinh giám sát quy trình. Rô-bốt có thể hoạt động ở chế độ tự động (khá ấn tượng, 6 luồng trong một phút!), nhưng hiện tại, bạn vẫn có thể có chuyên gia hỗ trợ.

Mọi thứ — từ điện cực đến USB-C

Hãy bắt đầu từ các điện cực. Các tác giả đã viết về các thử nghiệm của họ với hai vật liệu khác nhau cho chính các điện cực - PEDOT (một loại polymer dẫn điện bền) và irydium oxide (họ đã viết về khả năng tương thích sinh học tốt hơn của PEDOT). Các điện cực được đặt trên một sợi polyme được đưa vào mô não. Số lượng điện cực thật ấn tượng! Trên một chủ đề có 32 người trong số họ. Neuralink trình bày hai hệ thống - được mô tả là A và B - bao gồm 1536 và 3072 điện cực tương ứng (Hình 2). Ồ.

Họ đã phát minh ra mạch ASIC tùy chỉnh của riêng mình (xem Hình 2). Nó có 256 bộ khuếch đại, có thể phục vụ cho mục đích 8 luồng cùng một lúc (8 luồng — 256 điện cực, sau đó 1 điện cực — 1 bộ khuếch đại). Phần còn lại của mạch là bộ chuyển đổi ADC với tốc độ lấy mẫu ~19 kHz và các mạch để đóng gói và gửi dữ liệu qua USB-C. USB-C cũng cung cấp năng lượng cho hệ thống, khoảng 6 mW cho mỗi ASIC.

Những gì đã được ghi lại cho đến nay?

Một trong những mục tiêu của bài đăng này là giải thích ngắn gọn những gì được ghi lại trong các thí nghiệm của Neuralink, vì một số khái niệm từ sinh lý học thần kinh không được định nghĩa trong sách trắng đã xuất bản. Các tác giả đã viết rằng tín hiệu về sự quan tâm của họ có hai loại: mức tăng đột biến và tiềm năng trường cục bộ (LFP) . Đó là những gì?

• Gai (chính thức hơn: điện thế hoạt động ) là những thay đổi nhanh chóng về tính phân cực của màng tế bào thần kinh. Như bạn đã biết, mỗi tế bào có một ranh giới - trong trường hợp của động vật, đó là một màng bao gồm nhiều loại protein, phospholipid, v.v. giúp truyền các sản phẩm bên trong hoặc bên ngoài tế bào một cách có chọn lọc. Môi trường bên ngoài và bên trong của các tế bào khác nhau về sự phân bố ion — nếu nó ổn định, chúng ta nói rằng đó là điện thế nghỉ . Khi nói đến tế bào thần kinh, nếu các kênh trên màng mở ra (do bị kích thích), sẽ có những thay đổi nhanh chóng xảy ra trong tế bào dẫn đến khử cực hoặc siêu phân cực . Nếu nó tích lũy và đạt đến một ngưỡng, thì một đợt tăng đột biến sẽ được kích hoạt. [2]
• Điện thế trường cục bộ (LFP) được ghi lại từ nhóm tế bào thần kinh ở vùng lân cận của điện cực. Nó là tổng hoạt động điện của một loạt các tế bào thần kinh, mặc dù nguồn gốc của hoạt động điện được ghi lại không nằm ở điện thế hoạt động của từng cá nhân, mà ở các dòng synap và đuôi gai. [3]

Neuralink đã sử dụng phương pháp này để nghiên cứu chỉ số BMI của họ trên chuột, trong khi chúng tự do khám phá không gian. Các tác giả đã ghi lại các tín hiệu bằng cách sử dụng hệ thống A và B với khả năng phát hiện trực tuyến một số cấu trúc (chẳng hạn như gai). Robot may đã thực hiện 19 ca phẫu thuật trên chuột với tỷ lệ thành công là 87%, mặc dù nó không được mô tả cách đo hiệu suất (độ sâu luồn thành công? Lỗi của robot? đứt chỉ?).

Trong Sự kiện ra mắt Neuralink, đã có phần trình bày về các ý tưởng trong tương lai cho việc áp dụng chỉ số BMI ở người. Ý tưởng chung đằng sau nó là hệ thống sẽ bao gồm các bộ phận cấy ghép (tương tự như những bộ phận được trình bày trong bài báo được trích dẫn, [1]), sẽ được kết nối với một thiết bị đeo được bên ngoài trông giống như một thiết bị trợ thính. Thiết bị đeo này sẽ kết nối qua Bluetooth với ứng dụng Neuralink trên iPhone của bạn. Điều này thật tuyệt. Nhưng cũng có nhiều nghi vấn nảy sinh? Điều gì về bảo mật dữ liệu? Điều gì về lưu trữ dữ liệu? Lượng dữ liệu từ não có thể sẽ rất lớn và không hữu ích nói chung, nhưng một số xu hướng hoặc thông tin cụ thể về não / sức khỏe tâm thần của một người là một điều gì đó. Một cái gì đó chúng tôi muốn bảo vệ.

Kết luận? Thông tin chi tiết?

• Rất nhiều và một chút. Có rất nhiều cải tiến được thực hiện. Chủ đề với các điện cực dường như là một giải pháp nhanh chóng và mạnh mẽ trong khi xem xét một số ứng dụng lâm sàng trong tương lai. Ngoài ra còn có một hệ thống sáng tạo trong ứng dụng của nó — như tôi đã viết ở trên, tốc độ của rô-bốt và các tính năng bổ sung của nó cùng nhau rất ấn tượng. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều việc phải làm nếu chúng ta muốn có được chỉ số BMI đầy đủ - đặc biệt là với việc giải thích tín hiệu ngoại bào, vì chúng ta cần gán nó cho các nhiệm vụ cụ thể do máy thực hiện.
• Điều chế của các tế bào thần kinh. Tôi thích nó. Tôi đã không đề cập đến nó sớm hơn, nhưng nhóm của Neuralink tuyên bố rằng các điện cực sẽ có thể vừa ghi lại vừa kích thích mô não. Nó mở ra nhiều khả năng, đặc biệt là đối với các rối loạn liên quan đến sự thay đổi nồng độ của các chất cụ thể. Một hệ thống điều khiển học vòng kín.
• Rất nhiều kênh và một hệ thống mô-đun. Đây là một lợi thế rất lớn, vì người ta có thể thiết kế sự dịch chuyển của các điện cực cho các mục đích lâm sàng hoặc phi lâm sàng cụ thể (trong tương lai :-)).

Người giới thiệu

[1] Musk, E., Neuralink (2019) Nền tảng giao diện máy-não tích hợp với hàng nghìn kênh . (sách trắng)
[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

Được xuất bản lần đầu tại https://annastroz.com vào ngày 21 tháng 7 năm 2019.