A atividade da Neuralink manteve todos nós em suspense nos últimos dois anos.
“- O que eles inventaram? — Podemos transferir nossas mentes ou uhmm... conectá-lo ao ponto de acesso Wi-Fi?” — deixemos nossas fantasias futuristas de lado por um momento, vamos considerá-las mais tarde.
O anúncio recente de Elon Musk sobre o progresso da Neuralink na pesquisa de interfaces cérebro-máquina (IMCs) foi surpreendente em relação ao número de melhorias. No entanto, há um longo caminho a percorrer até que finalmente coloquemos algumas micro coisas em nossos crânios e controlemos o ambiente ou (*fantasia futurista aqui*) leiamos a mente de outra pessoa.

No post de hoje, colocaremos esta pesquisa sob escrutínio com base no white paper da Neuralink [1] publicado no dia do evento de lançamento da Neuralink. O objetivo é apresentar alguns destaques do sistema Neuralink, passo a passo, conforme foi apresentado no paper citado. Faremos um resumo discutindo os possíveis resultados das soluções propostas.

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Mesmo se você estiver familiarizado com os avanços das ideias de alta tecnologia, valeria a pena perguntar: o que é a interface cérebro-máquina em geral? Bem, a definição pode parecer ampla, mas IMCs são dispositivos/conjuntos de dispositivos, que estão entre o cérebro e a máquina (pode ser um computador, uma prótese de membro, um módulo para ligar/desligar algo — praticamente tudo controlável) . O objetivo do IMC é mediar entre o cérebro e a máquina, transferindo o sinal de um para o outro (pode ser em ambos os sentidos).

Qual é o sinal do IMC? A questão se divide aqui em muitos níveis. Os IMCs podem ser divididos em invasivos e não invasivos . Você pode reconhecer técnicas como eletroencefalografia (EEG) ou ressonância magnética funcional (fMRI) - esses dois são bons exemplos de medição que podem ser usados ​​para IMCs não invasivos (não invasivos == sem necessidade de procedimentos cirúrgicos). Ao usar o EEG, registramos mudanças específicas de potencial elétrico do couro cabeludo; com fMRI, podemos investigar as respostas dependentes do nível de oxigênio no sangue (BOLD) - ambos os sinais podem ser registrados, processados ​​e usados ​​posteriormente para fins de orientação.

Quando se trata de IMCs invasivos, é preciso fazer uma cirurgia para colocar alguma coisa sob o crânio — pode ser na superfície do cérebro ou dentro do córtex cerebral. Sim, você pode sentir o arrepio enquanto o imagina. No córtex cerebral existem muitos corpos celulares de neurônios, e os neurônios são células excitáveis , então eles têm atividade elétrica mudando com o tempo. E é basicamente isso que podemos gravar e usar . E foi isso que Elon & Neuralink usaram para o propósito de seu estudo.

Passo a passo — o que há dentro do Neuralink IMC?

O sistema consiste em um robô cirúrgico, implantes e componentes eletrônicos externos para fornecer energia e coletar os dados. Sua estrutura modular é muito promissora, pois dá a chance de estender o sistema colocando os implantes na ampla faixa de superfície cerebral.
Vamos examinar cada parte do IMC do Neuralink.

O robô - também conhecido como máquina de costura

O robô cirúrgico me surpreendeu! Não parece o robô médico mais complicado do mundo, mas possui muitos recursos e é... elegante. Apenas uma parte tem contato direto com o tecido cerebral — é a agulha com fio, conduzida pelo insersor. A agulha tem seu próprio motor linear, apenas para empurrá-la e puxá-la rapidamente da superfície do córtex. E quanto a outros recursos? Uau! Sensores de posição cerebral, seis fontes de luz de vários comprimentos de onda e câmeras - juntos, eles desempenham um papel importante na localização de estruturas cerebrais com base em coordenadas conhecidas e rastreamento de profundidade de campo, mas também são necessários para o neurocirurgião monitorar o procedimento. O robô pode trabalhar no modo automático (bastante impressionante, 6 threads em um minuto!), mas ei, agora ainda não há problema em ter um especialista ao seu lado.

O material - de eletrodos a USB-C

Vamos começar pelos eletrodos. Os autores escreveram sobre seus testes com dois materiais diferentes para os próprios eletrodos - PEDOT (um polímero condutor durável) e óxido de irídio (eles escreveram sobre sua melhor biocompatibilidade do que o PEDOT). Os eletrodos são colocados em um fio de polímero que é inserido no tecido cerebral. O número de eletrodos é impressionante! Em um segmento, há 32 deles. A Neuralink apresentou dois sistemas — descritos como A e B — que consistem em 1536 e 3072 eletrodos, respectivamente (Figura 2). Uau.

Eles inventaram seu próprio circuito ASIC personalizado (veja a Figura 2). Possui 256 amplificadores, que podem servir para 8 fios de uma só vez (8 fios - 256 eletrodos, depois 1 eletrodo - 1 amplificador). O restante do circuito são conversor ADC com taxa de amostragem de ~19 kHz e circuitos para empacotar e enviar os dados através do USB-C. O USB-C também fornece energia para o sistema, de cerca de 6 mW por um ASIC.

O que foi registrado até agora?

Um dos objetivos deste post foi explicar brevemente o que foi registrado durante os experimentos do Neuralink, pois alguns conceitos da neurofisiologia não foram definidos no white paper publicado. Os autores escreveram que o sinal de seu interesse vem em dois: picos e potenciais de campo locais (LFPs) . O que são aqueles?

• Os picos (mais formais: potenciais de ação ) são mudanças rápidas na polaridade, por exemplo, da membrana do neurônio. Como você sabe, cada célula tem um limite - no caso dos animais, é uma membrana composta por várias proteínas, fosfolipídios etc. que transmite seletivamente produtos dentro ou fora da célula. Os ambientes externo e interno das células diferem em relação à distribuição de íons — se for estável, dizemos que é o potencial de repouso . Quando se trata de neurônios, se os canais em uma membrana se abrem (por causa da excitação), ocorrem mudanças rápidas na célula, resultando em despolarização ou hiperpolarização . Se acumular e atingir um limite, um pico é acionado. [2]
• O potencial de campo local (LFP) é registrado a partir do grupo de células nervosas na vizinhança do eletrodo. É uma soma de atividade elétrica de feixe de neurônios, embora a fonte da atividade elétrica registrada não esteja no potencial de ação individual, mas em correntes sinápticas e dendríticas. [3]

A Neuralink usou essa abordagem para estudar seus IMCs em ratos, enquanto eles exploravam livremente o espaço. Os autores estavam registrando os sinais com o uso dos sistemas A e B com detecção online de algumas estruturas (como picos). O robô de costura realizou 19 cirurgias em ratos com uma taxa de sucesso de 87%, embora não tenha sido descrito como o desempenho foi medido (profundidade de inserção bem-sucedida? erros do robô? quebra de linha?).

Durante o Evento de Lançamento do Neuralink houve apresentação de ideias futuras para a aplicação do IMC em humanos. A ideia geral por trás disso é que o sistema consistirá em implantes (semelhantes aos apresentados no artigo citado, [1]), que serão conectados a um dispositivo vestível externo semelhante a um aparelho auditivo. Este wearable se conectará via Bluetooth com o aplicativo Neuralink no seu iPhone. Isso é legal. Mas também surgem muitas dúvidas? E a segurança dos dados? E quanto ao armazenamento de dados? A quantidade de dados do cérebro provavelmente será enorme e não será útil como um todo, mas algumas tendências ou informações específicas sobre o cérebro / saúde mental de alguém são algo. Algo que gostaríamos de proteger.

Conclusões? Percepções?

• Muito e pouco. Há muitas melhorias feitas. A rosca com eletrodos parece ser uma solução rápida e robusta considerando algumas aplicações clínicas futuras. Há também um sistema inovador de sua aplicação - como escrevi acima, a velocidade do robô e seus recursos adicionais são impressionantes. Mas, ainda assim, há muito o que fazer se quisermos obter um IMC completo — em particular com a interpretação do sinal extracelular, pois precisamos atribuí-lo a tarefas específicas feitas pela máquina.
• Modulação dos neurônios. Eu gosto disso. Eu não mencionei isso antes, mas a equipe da Neuralink afirma que os eletrodos serão capazes de registrar e estimular o tecido cerebral. Abre um amplo leque de possibilidades, principalmente para fins de distúrbios relacionados a alterações na concentração de substâncias específicas. Um sistema cibernético de circuito fechado.
• Muitos canais e um sistema modular. Esta é uma grande vantagem, pois pode-se projetar o deslocamento de eletrodos para determinados fins clínicos ou não clínicos (no futuro:-)).

Referências

[1] Musk, E., Neuralink (2019) Uma plataforma de interface cérebro-máquina integrada com milhares de canais . (papel branco)
[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

Originalmente publicado em https://annastroz.com em 21 de julho de 2019.