กิจกรรมของ Neuralink ทำให้เราทุกคนใจจดใจจ่อตลอดสองปีที่ผ่านมา
“- สิ่งที่พวกเขาคิดค้น? — เราย้ายความคิดของเราได้ไหม หรือ อืม… เชื่อมต่อกับไวไฟฮอตสปอต” — พักเรื่องเพ้อฝันอันล้ำยุคของเราไว้สักครู่ เราจะพิจารณาในภายหลัง
การประกาศล่าสุดของ Elon Musk เกี่ยวกับความคืบหน้าของ Neuralink ในการวิจัยส่วนต่อประสานระหว่างสมองกับเครื่องจักร (BMI) เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจเกี่ยวกับจำนวนการปรับปรุง อย่างไรก็ตาม ยังมี หนทาง อีกยาวไกลจนกว่าเราจะใส่สิ่งเล็กๆ เข้าไปในกระโหลกของเราและควบคุมสิ่งแวดล้อม หรือ (*แนวแฟนตาซีล้ำยุค*) อ่านใจคนอื่นได้ในที่สุด

ในโพสต์ของวันนี้ เราจะจัดงานวิจัยชิ้นนี้ภายใต้การพิจารณาอย่างถี่ถ้วนบนพื้นฐานของเอกสารไวท์เปเปอร์ของ Neuralink [1] ที่เผยแพร่ในวันเปิดตัว Neuralink Launch Event เป้าหมายคือการนำเสนอจุดเด่นของระบบ Neuralink ทีละขั้นตอนตามที่ได้นำเสนอในบทความที่อ้างถึง เราจะสรุปโดยการหารือเกี่ยวกับผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ของแนวทางแก้ไขที่เสนอ

เทคโนโลยี

แม้ว่าคุณจะคุ้นเคยกับความก้าวหน้าของแนวคิดไฮเทค แต่ก็ควรถาม: โดยทั่วไปแล้วส่วนต่อประสานระหว่างสมองกับเครื่องจักรคืออะไร คำจำกัดความอาจดูกว้าง แต่ BMI คืออุปกรณ์/ชุดอุปกรณ์ที่อยู่ระหว่างสมองกับเครื่องจักร (อาจเป็นคอมพิวเตอร์ แขนขาเทียม โมดูลสำหรับเปิด/ปิดบางสิ่ง เกือบทุกอย่างควบคุมได้) . เป้าหมายของค่าดัชนีมวลกายคือการเป็นสื่อกลางระหว่างสมองกับเครื่องจักรโดยการถ่ายโอนสัญญาณจากสิ่งหนึ่งไปยังอีกสิ่งหนึ่ง (อาจเป็นได้ทั้งสองทาง)

สัญญาณของ BMI คืออะไร? ประเด็นนี้แตกออกเป็นหลายระดับ ค่าดัชนีมวลกายอาจแบ่งคร่าวๆ ออกเป็นแบบรุกรานและไม่รุกราน คุณอาจรู้จักเทคนิคต่างๆ เช่น การตรวจคลื่นสมองด้วยคลื่นไฟฟ้า (EEG) หรือการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเชิงฟังก์ชัน (fMRI) — ทั้งสองวิธีนี้เป็นตัวอย่างที่ดีของการวัดที่สามารถใช้กับค่าดัชนีมวลกายที่ไม่รุกราน (ไม่รุกราน == ไม่จำเป็นต้องมีขั้นตอนการผ่าตัดใดๆ) ในขณะที่ใช้ EEG เราจะบันทึกการเปลี่ยนแปลงเฉพาะของศักย์ไฟฟ้าจากหนังศีรษะ ด้วย fMRI เราสามารถตรวจสอบการตอบสนองที่ขึ้นกับระดับออกซิเจนในเลือด (BOLD) ได้ — สัญญาณทั้งสองสามารถบันทึก ประมวลผล และนำไปใช้เพิ่มเติมเพื่อวัตถุประสงค์ในการควบคุม

เมื่อพูดถึงค่าดัชนีมวลกายที่แพร่กระจาย จำเป็นต้องทำการผ่าตัดเพื่อใส่บางสิ่งไว้ใต้กะโหลกศีรษะ มันอาจจะอยู่บนพื้นผิวของสมองหรือภายในเปลือกสมอง ใช่ คุณอาจรู้สึกขนลุกในขณะที่จินตนาการถึงมัน ในเปลือกสมองมีเซลล์ร่างกายของเซลล์ประสาทจำนวนมาก และเซลล์ประสาทเป็นเซลล์ ที่กระตุ้น ได้ ดังนั้นจึงมีกิจกรรมทางไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา และนี่คือสิ่งที่เราสามารถบันทึกและใช้งาน ได้โดย ทั่วไป และนี่คือสิ่งที่ Elon และ Neuralink ใช้เพื่อจุดประสงค์ในการศึกษาของพวกเขา

ทีละขั้นตอน — มีอะไรอยู่ใน Neuralink BMI

ระบบประกอบด้วยหุ่นยนต์ผ่าตัด การปลูกถ่าย และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายนอกเพื่อให้พลังงานและรวบรวมข้อมูล โครงสร้างแบบโมดูลาร์ของมันมีแนวโน้มดีมาก เนื่องจากมันให้โอกาสในการขยายระบบด้วยการวางรากฟันเทียมบนพื้นผิวสมองที่หลากหลาย
มาดูทุกส่วนของค่าดัชนีมวลกายของ Neuralink กัน

หุ่นยนต์ - หรือที่รู้จัก ในชื่อ จักรเย็บผ้า

หุ่นยนต์ผ่าตัดทำให้ฉันประหลาดใจ! ดูไม่เหมือนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ที่ซับซ้อนที่สุดในโลก แต่มีคุณสมบัติมากมาย และ.. สง่างาม มีเพียงส่วนเดียวเท่านั้นที่สัมผัสโดยตรงกับเนื้อเยื่อสมอง นั่นคือเข็มกับด้ายซึ่งนำโดยตัวสอด เข็มมีมอเตอร์เชิงเส้นของตัวเอง เพียงเพื่อผลักและดึงอย่างรวดเร็วจากพื้นผิวเยื่อหุ้มสมอง แล้วฟีเจอร์อื่นๆ ล่ะ? ว้าว! เซ็นเซอร์ตำแหน่งสมอง แหล่งกำเนิดแสง 6 แหล่งที่มีความยาวคลื่นต่างกัน และกล้อง เมื่อรวมกันแล้วมีบทบาทอย่างมากในการแปลโครงสร้างสมองตามพิกัดที่ทราบและการติดตามระยะชัดลึก แต่ก็จำเป็นสำหรับศัลยแพทย์ระบบประสาทในการตรวจสอบขั้นตอน หุ่นยนต์สามารถทำงานในโหมดอัตโนมัติได้ (ค่อนข้างน่าประทับใจ 6 เธรดในหนึ่งนาที!) แต่เดี๋ยวก่อน ตอนนี้ยังโอเคที่จะมีผู้เชี่ยวชาญอยู่เคียงข้างคุณ

สิ่งต่าง ๆ - จากอิเล็กโทรดไปจนถึง USB-C

เริ่มจากอิเล็กโทรดกันก่อน ผู้เขียนเขียนเกี่ยวกับการทดลองโดยใช้วัสดุสองชนิดที่แตกต่างกันสำหรับอิเล็กโทรดเอง ได้แก่ PEDOT (โพลิเมอร์นำไฟฟ้าที่ทนทาน) และอิริเดียมออกไซด์ (พวกเขาเขียนเกี่ยวกับความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีกว่าของ PEDOT) อิเล็กโทรดวางอยู่บนด้ายโพลิเมอร์ซึ่งสอดเข้าไปในเนื้อเยื่อสมอง จำนวนอิเล็กโทรดนั้นน่าประทับใจมาก! ในหนึ่งเธรดมี 32 คน Neuralink นำเสนอสองระบบ — อธิบายว่าเป็น A และ B — ซึ่งประกอบด้วยอิเล็กโทรด 1536 และ 3072 ตามลำดับ (รูปที่ 2) ว้าว.

พวกเขาคิดค้นวงจร ASIC ที่สร้างขึ้นเอง (ดูรูปที่ 2) มีแอมพลิฟายเออร์ 256 ตัว ซึ่งสามารถใช้งานได้ 8 เธรดในครั้งเดียว (8 เธรด — 256 อิเล็กโทรด จากนั้น 1 อิเล็กโทรด — 1 แอมพลิฟายเออร์) วงจรที่เหลือคือตัวแปลง ADC ที่มีอัตราการสุ่มตัวอย่าง ~ 19 kHz และวงจรสำหรับบรรจุและส่งข้อมูลผ่าน USB-C USB-C ยังจ่ายไฟให้กับระบบประมาณ 6 mW ต่อหนึ่ง ASIC

สิ่งที่บันทึกไว้จนถึงตอนนี้?

เป้าหมายประการหนึ่งของโพสต์นี้คือเพื่ออธิบายสั้นๆ ถึงสิ่งที่บันทึกไว้ระหว่างการทดลองของ Neuralink เนื่องจากแนวคิดบางอย่างจากสรีรวิทยาไม่ได้กำหนดไว้ในเอกสารไวท์เปเปอร์ที่ตีพิมพ์ ผู้เขียนเขียนว่าสัญญาณความสนใจของพวกเขามาจากสองอย่าง: เพิ่มขึ้นอย่าง รวดเร็วและมีศักยภาพในฟิลด์ท้องถิ่น (LFPs ) นู้นคืออะไร?

• Spikes (เป็นทางการมากกว่า: action potential ) คือการเปลี่ยนแปลงขั้วของเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทอย่างรวดเร็ว เช่น อย่างที่คุณทราบ เซลล์แต่ละเซลล์มีขอบเขต ในกรณีของสัตว์ เซลล์เหล่านี้คือเยื่อหุ้มที่ประกอบด้วยโปรตีนหลายชนิด ฟอสโฟลิพิด ฯลฯ ซึ่งทำหน้าที่เลือกส่งผ่านผลิตภัณฑ์ภายในหรือภายนอกเซลล์ สภาพแวดล้อมภายนอกและภายในเซลล์แตกต่างกันไปตามการกระจายตัวของไอออนถ้ามีความเสถียร เราจะบอกว่าเป็นศักยภาพในการพักตัว เมื่อพูดถึงเซลล์ประสาท หากช่องบนเมมเบรนเปิด (เพราะถูกกระตุ้น) จะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในเซลล์ ซึ่งส่งผลให้เกิดการสลับขั้วหรือไฮเปอร์ โพลาไรเซ ชัน ถ้ามันสะสมและถึงเกณฑ์ ขัดขวางจะถูกกระตุ้น [2]
• ศักยภาพของสนามเฉพาะที่ (LFP) ถูกบันทึกจากกลุ่มเซลล์ประสาทในบริเวณใกล้เคียงของอิเล็กโทรด เป็นผลรวมของกิจกรรมทางไฟฟ้าของกลุ่มเซลล์ประสาท แม้ว่าแหล่งที่มาของกิจกรรมทางไฟฟ้าที่บันทึกไว้ไม่ได้อยู่ในศักยภาพของการกระทำแต่ละอย่าง แต่อยู่ในกระแสซินแนปติกและเดนไดรต์ [3]

Neuralink ใช้แนวทางนี้เพื่อศึกษาค่าดัชนีมวลกายของหนูในขณะที่สำรวจอวกาศอย่างอิสระ ผู้เขียนกำลังบันทึกสัญญาณด้วยการใช้ระบบ A และ B พร้อมการตรวจจับโครงสร้างบางอย่างแบบออนไลน์ (เช่น สไปค์) หุ่นยนต์เย็บผ้าทำการผ่าตัดหนู 19 ครั้งด้วยอัตราความสำเร็จ 87% แม้ว่าจะไม่ได้อธิบายวิธีการวัดประสิทธิภาพ (ความลึกของการสอดสำเร็จ ข้อผิดพลาดของหุ่นยนต์ การทำลายด้ายหรือไม่)

ในระหว่างงานเปิดตัว Neuralink มีการนำเสนอแนวคิดในอนาคตสำหรับการประยุกต์ใช้ BMI ในมนุษย์ แนวคิดทั่วไปเบื้องหลังคือระบบจะประกอบด้วยรากฟันเทียม (คล้ายกับที่นำเสนอในเอกสารที่อ้างถึง [1]) ซึ่งจะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์สวมใส่ภายนอกที่ดูเหมือนเครื่องช่วยฟัง อุปกรณ์สวมใส่นี้จะเชื่อมต่อผ่านบลูทูธด้วยแอพ Neuralink บน iPhone ของคุณ ที่นี่หนาว. แต่ก็ยังมีข้อสงสัยมากมายเกิดขึ้น? แล้วความปลอดภัยของข้อมูลล่ะ? สิ่งที่เกี่ยวกับการจัดเก็บข้อมูล? ปริมาณข้อมูลจากสมองอาจมีจำนวนมากและไม่มีประโยชน์โดยรวม แต่มีแนวโน้มหรือข้อมูลเกี่ยวกับสมอง/สุขภาพจิตที่เฉพาะเจาะจงบางอย่าง สิ่งที่เราอยากจะปกป้อง

สรุป? ข้อมูลเชิงลึก?

• มากและน้อย มีการปรับปรุงมากมาย ด้ายที่มีอิเล็กโทรดดูเหมือนจะเป็นวิธีแก้ปัญหาที่รวดเร็วและทนทานในขณะที่พิจารณาการใช้งานทางคลินิกในอนาคต นอกจากนี้ยังมีระบบที่เป็นนวัตกรรมใหม่ในการใช้งาน — อย่างที่ฉันเขียนไว้ข้างต้น ความเร็วของหุ่นยนต์และคุณสมบัติเพิ่มเติมนั้นน่าประทับใจมาก แต่ถึงกระนั้น มีหลายสิ่งที่ต้องทำหากเราต้องการได้รับค่าดัชนีมวลกายทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการตีความสัญญาณนอกเซลล์ เนื่องจากเราจำเป็นต้องกำหนดให้กับงานเฉพาะที่ทำโดยเครื่อง
• การปรับเซลล์ประสาท ฉันชอบมัน. ฉันไม่ได้พูดถึงเรื่องนี้ก่อนหน้านี้ แต่ทีมของ Neuralink อ้างว่าอิเล็กโทรดจะสามารถบันทึกและกระตุ้นเนื้อเยื่อสมองได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัตถุประสงค์ของความผิดปกติที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารเฉพาะ ระบบไซเบอร์เนติกส์วงปิด
• ช่องสัญญาณจำนวนมากและระบบโมดูลาร์ นี่เป็นข้อได้เปรียบอย่างมากเนื่องจากสามารถออกแบบการแทนที่ของอิเล็กโทรดสำหรับวัตถุประสงค์ทางคลินิกหรือที่ไม่ใช่ทางคลินิกโดยเฉพาะ (ในอนาคต:-))

อ้างอิง

[1] Musk, E. , Neuralink (2019) แพลตฟอร์มส่วนต่อประสานระหว่างสมองกับเครื่องจักรพร้อมช่องสัญญาณนับพัน (เอกสารไวท์เปเปอร์)
[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

เผยแพร่ครั้งแรกที่https://annastroz.comเมื่อวันที่ 21 กรกฎาคม 2019