O que há de novo na Neuralink? Principais atualizações de “Mostrar e contar, outono de 2022”

Começa a ser visto como minha tradição pessoal comentar as atualizações anuais do progresso da empresa Neuralink (se você quiser ver alguns posts anteriores, dê uma olhada aqui ou aqui ). E aqui estamos, quase chegando ao final de 2022, com outra atualização da start-up de neurotecnologia de Elon Musk. Ontem, durante o evento “Neuralink Show and Tell, Fall 2022”, Elon Musk e os representantes da Neuralink apresentaram os resultados de sua exploração de P&D.

Posso simplificar: aceleração é uma única palavra para descrever o que está acontecendo lá e, se você precisar de um TL;DR, pode pular diretamente para os pontos-chave . Muitas melhorias, redesenhos, outras iterações de ideias. E enquanto tento acompanhar as atualizações, vejo mais maturidade neste projeto agora, e muito menos chavões ou ideias malucas e ingênuas como “ah sim, vamos transmitir algumas músicas para o cérebro”.

Para passarmos pelas atualizações, vamos manter a ordem cronológica — Elon Musk abriu o evento, e em seguida uma sessão de mergulho profundo foi conduzida por representantes da Neuralink de diferentes áreas desse projeto multidisciplinar.

AGI — Artificial General Intelligence — um termo usado para descrever uma IA de nível superior, com algumas capacidades cognitivas que permitem fazer uma variedade de coisas e/ou/talvez ser “sensível”. Não há uma definição fácil aqui, dê uma olhada em [2].

Como é ser um AGI?

Referindo-se a uma famosa publicação de Thomas Nagel, intitulada “Como é ser um morcego?” foi um trocadilho intencional aqui, então não se preocupe, não vou tentar iniciar nenhuma *batalha* filosófica aqui. A razão pela qual mencionei Inteligência Geral Artificial (AGI) aqui é que o termo estava presente no discurso de abertura de Musk. Ele ofereceu, mas não discutiu, um objetivo de longo prazo mais especulativo e futurista da indústria de neurotecnologia – enfatizando uma possível conexão futura de nossos cérebros com a Inteligência Artificial Geral e, assim, indo muito além de nossas capacidades cognitivas atuais. Como gosto muito de futurismo e transumanismo, fico feliz que dessa vez essa contribuição maluca tenha sido apenas no começo, e a maior parte do evento foi mais focada no essencial, atualização técnica e desafios.

FDA — US Food and Drug Administration — agência americana que controla (entre outros) alimentos, medicamentos e alguns dispositivos específicos, antes de seu lançamento no mercado.

“Protótipos são fáceis, produção é difícil”

Em seu discurso, Musk disse que a equipe trabalhou muito para obter a aprovação do FDA. Nos próximos 6 meses, eles esperam progredir nesse assunto e poder realizar testes com participantes humanos (ver 0:26:25 em [1]).

Elon apresentou alguns vídeos de macacos com dispositivos implantados Neuralink. Um dos macacos, Pager, foi apresentado também em 2021 durante um jogo via interface (ver [3]). Desta vez, também teve Sake, um macaco “digitando” no teclado com sua atividade cerebral. Não se preocupe, os macacos não sabem (ainda) o alfabeto escrito ou os aspectos semânticos da linguagem - esse macaco estava apenas olhando para as teclas destacadas no teclado e frases passo a passo foram escritas. Ainda assim, é um avanço interessante, pois o movimento do cursor não é dirigido por nenhum dispositivo de rastreamento ocular, mas pela atividade neuronal do macaco registrada com o implante. Após registrar a atividade e decodificá-la com um algoritmo, uma informação própria era “traduzida” e enviada ao atuador, o cursor. E se com sucesso,

Vamos pular para algumas atualizações técnicas - será breve por um motivo específico: as apresentações foram muito boas, mas deve levar uma ou duas aulas de cada representante para mergulhar verdadeiramente no assunto. Se a Neuralink lançar seu próximo white paper, ficarei feliz em lê-lo e discutir alguns detalhes específicos* com você.

* Limitando-me aos detalhes que eu entenderia.;)

Atualizações, sim!

Vamos então a alguns destaques apresentados pelo grupo de representantes da empresa. Como a apresentação geral durou mais de 2 horas, mantive-a aqui em ordem cronológica — se você achar interessante algum tópico específico, pode ver o horário aproximado de início de cada apresentador ao lado de seus nomes e assistir a essa parte do vídeo sozinho no canal da Neuralink no YouTube ([1]).

(0:37:00) DJ. Durante a apresentação, ele mencionou três fatores principais que devem ser levados em consideração no desenvolvimento desse produto: segurança , escalabilidade e acesso a regiões do cérebro . Durante a palestra do DJ, eles iniciaram uma demonstração ao vivo do robô cirúrgico da Neuralink para apresentar o processo de inserção de fios de eletrodos em um modelo artificial de cérebro, posteriormente chamado de “proxy do cérebro”. Na visualização da câmera do robô (ver Figura 2), pode-se ver a superfície cortical (que é o alvo do robô) e a vasculatura cerebral (que o robô precisa omitir). Existem também alvos de rebatida, aos quais o fio pode ser costurado.

Alguns destaques do DJ: eles estão pensando em escalar da prototipagem para a produção. Eles têm outra instalação em Austin, TX. No futuro pode ser possível ter a clínica da Neuralink?

(0:46:00) Nir explicou rapidamente os passos que permitem ao Monkey Pager jogar o jogo MindPong:

1. Gravando a atividade neural do macaco através do implante.
2. Treinamento de rede neural artificial que prevê a velocidade do cursor a partir dos padrões da atividade neural do macaco.
3. Após a decodificação, o cursor pode ser movido para uma posição prevista. Se a posição se adequar ao alvo, o macaco pode receber uma recompensa.

(0:51:50) Bliss mencionou uma questão muito importante da estabilidade dos sinais ao longo do tempo. Este é um desafio para qualquer interface implantável lidar com a variabilidade dos sinais (em diferentes estruturas cerebrais podem ocorrer algumas variações periódicas, mas também, ainda mais difíceis, não periódicas dos sinais).

(0:56:00) Avinash atualizou alguns detalhes sobre os módulos de processamento dos dispositivos da Neuralink, especificamente sobre os chips ASIC. Ele apresentou algumas novidades sobre a melhoria de vários aspectos: otimização do uso do ASIC, duplicação da vida útil da bateria do dispositivo, sua nova abordagem para detecção eficiente de picos nos sinais. Atualmente, existem 1.024 canais coletando os dados, mas pretendem escalar para 16.000 canais no futuro.

(1:01:30) Matt indicou que existem sérios desafios quando se trata de carregar o dispositivo, dos quais o mais relevante é a segurança — como a segurança térmica, para que a bateria não atinja temperaturas significativamente superiores às dos tecidos circundantes. Eles apresentaram um vídeo do carregador do Neuralink em uso, mostrando como o macaco se aproxima e usa o carregador. Matt mencionou sobre o desempenho de carregamento aprimorado e que eles trabalham em uma próxima iteração da solução.

(1:05:30) Julian explicou alguns aspectos da comunicação entre os módulos do dispositivo e como eles abordam o teste de seus vários aspectos.

(1:11:30) Josh deu alguns detalhes sobre um sistema artificial no qual eles monitoram diferentes aspectos da vida do implante. Em seu sistema, eles podem realizar estudos de “tempo de vida acelerado”, que permitem executar processos em condições pré-especificadas, para que possam tentar estimar o desempenho do implante, por exemplo, observando mudanças de umidade ou longevidade do implante em uma sopa bioquímica. Seu objetivo atual é modificar o ambiente de teste, escalá-lo e, portanto, atingir um grande número de dispositivos em teste em paralelo.

(1:17:00) Christine discutiu alguns dos desafios futuros se eles quiserem que o robô cirúrgico execute todas as tarefas neurocirúrgicas. O robô parece ter melhorado significativamente; sua visão parece ser muito avançada, pois o robô combina vários modos visuais e processa a imagem para distinguir melhor a vasculatura e o córtex. Christine também mencionou dificuldades provenientes da variabilidade inter e intraindividual e desafios futuros na realização de craniotomia (ou seja, abertura cirúrgica do crânio) e durotomia (ou seja, abertura cirúrgica da dura-máter, a mais externa das três camadas que cobrem o cérebro).

(1:24:00) Alex explicou uma possível maneira de facilitar a atualização do dispositivo. Até agora, os implantes deveriam ser colocados no córtex, mas pode haver um problema de tecido cicatricial preenchendo o espaço entre o implante e o córtex. Seria problemático então remover os fios com eletrodos adequadamente durante a atualização do implante ou remoção total. Uma das soluções propostas é deixar a dura-máter na superfície do cérebro. Ainda é um desafio, pois devido à espessura da dura-máter, presença de fibras colágenas e visibilidade limitada da vasculatura, é necessária outra forma de abordar o problema. Eles atualmente trabalham em imagens adequadas da vasculatura abaixo da dura-máter.

(1:29:00) Sam explicou que eles aceleraram a prototipagem de agulhas para o robô. Em vez de 2 a 3 dias para testes, necessários no início de 2022, atualmente eles precisam de menos de uma hora para testar.

(1:34:00) Lesley explicou que eles desenvolveram diferentes modelos de tecidos com os quais podem experimentar.

(1:37:00) Dan explicou alguns aspectos da neurociência da visão com um exemplo de sulco calcarino [5], que está presente no lobo occipital, e discutiu algumas propriedades de como as imagens são processadas no córtex visual primário. Ele mencionou um experimento em que um dos macacos não foi apenas registrado passivamente na região do córtex visual, mas também estimulado - e a estimulação produziu um fosfeno - um fenômeno induzido de percepção visual (em outras palavras: algo não está presente no campo visual de alguém , mas percebe-se por causa da estimulação específica de regiões relacionadas com a visão no sistema nervoso).

(1:47:00) Joey apresentou alguns resultados de experimentos com um porco com implantes de Neuralink. Eles apresentaram que são capazes de estimular os músculos da perna de porco, e eles se contraem. Mas como podemos conectar uma intenção de mover um membro com seu movimento real, especialmente se o caminho que conecta os atuadores ao cérebro está danificado? Eles pensam em contornar o caminho entre o córtex motor e o corno ventral da medula espinhal, mas também, como a sensação é uma parte crucial da interação motora, eles querem fornecer outro desvio coletando o sinal do corno dorsal da medula espinhal e enviando-os ao córtex somatossensorial.

Em perguntas e respostas, quando questionado sobre o código aberto de alguns dos dados experimentais que a Neuralink reuniu até agora, Elon respondeu que não é um problema e que existe essa possibilidade. Infelizmente, não houve resposta quando. Outras questões foram sobre alternativas à comunicação Bluetooth, problemas com tecido cicatricial e degradação do sinal, mas as respostas não foram muito detalhadas para reproduzi-las aqui.

Pontos chave

A equipe fez muitas melhorias:

• Com visualização da superfície do cérebro, segmentação de vasculatura vs córtex e direcionamento das áreas para inserção de fios (veja as palestras de DJ e Christine).
• Atingindo taxas de bits mais altas em alguns experimentos (veja a palestra de Nir).
• Otimização do uso de ASIC, duplicação da duração da bateria, nova abordagem para detecção de picos (veja a palestra de Avinash).
• Melhoria do desempenho de carregamento (veja a palestra de Matt).
• Novo ambiente para testes de “tempo de vida acelerado” (veja a palestra de Josh).
• Mudança na forma como eles abordam a cirurgia — a dura-máter não será removida durante a cirurgia (veja a palestra de Alex).
• Prototipagem acelerada de agulhas de robôs (veja a palestra de Sam).
• Alguns dos dados experimentais provavelmente serão de código aberto (veja a resposta de Elon em Q&A).

A apresentação deste ano parecia ser muito mais profissional e menos voltada para o hype do que nas edições anteriores. A implantação invasiva no córtex é um esforço complexo e multidisciplinar - não se trata apenas de abrir o crânio, colocar algo lá e fechar. As equipes apresentaram seus progressos e melhorias em várias áreas, e acho que é realmente enorme, pois é assim que os projetos complexos se parecem - há iterações contínuas de soluções cada vez melhores, mantendo a convergência com outras disciplinas que contribuem para o produto.
A propósito, o robô continua me impressionando. Desde sua primeira iteração, que também foi um esforço de engenharia incrível na minha opinião, evoluiu para um trabalho ainda mais impressionante.

Um dos problemas conceituais que tenho é como eles abordarão os sulcos cerebrais (como o sulco calcarino mencionado por Dan), especialmente se quiserem deixar a dura-máter no lugar. A superfície dobrada do cérebro é um sério desafio, mas não vi nenhuma resposta para isso até agora. Outra coisa - não sou neurocirurgião, mas me pergunto se deixar a dura-máter tornará significativamente mais fácil remover o dispositivo Neuralink da cabeça. E os fios sob a dura-máter (ou seja, entre o córtex e a parte inferior da dura-máter)? Eles não vão cobrir com um tecido cicatricial e ser difíceis de remover?

Ana

Referências

[1] Neuralink Show and Tell, evento de vídeo do outono de 2022. Postado pelo canal Neuralink no YouTube . Data de acesso: 01.12.2022. URL:https://www.youtube.com/watch?v=YreDYmXTYi4.

[2] Inteligência geral artificial . Fonte: Wikipédia. Licença: CC BY SA 3.0 . Data de acesso: 02.12.2022. URL:https://en.wikipedia.org/wiki/Artificial_general_intelligence.

[3] Vídeo Monkey MindPong . Postado pelo canal Neuralink no YouTube . Data de acesso: 02.12.2022. URL:https://www.youtube.com/watch?v=rsCul1sp4hQ.

[4] Willett, FR, Avansino, DT, Hochberg, LR, Henderson, JM e Shenoy, KV (2021). Comunicação cérebro-para-texto de alto desempenho por meio de caligrafia. Nature , 593 (7858), 249–254.

[5] Sulco calcarino . Fonte: Wikipédia. Licença: CC BY SA 3.0 . Data de acesso: 02.12.2022. URL:https://en.wikipedia.org/wiki/Calcarine_sulcus.