Neuralink'in etkinliği son iki yıldır hepimizi merakta bırakıyordu.
“- Ne icat ettiler? — Aklımızı aktarabilir miyiz yoksa uhmm… onu WiFi erişim noktasına bağlayabilir miyiz? - Fütüristik fantezilerimizi bir an için bir kenara bırakalım, sonra ele alırız.
Yakın zamanda Elon Musk'ın, Neuralink'in beyin-makine arayüzleri (BMI'ler) araştırmasındaki ilerlemesine ilişkin duyurusu, iyileştirmelerin sayısı açısından şaşırtıcıydı. Bununla birlikte, nihayet kafataslarımıza bazı mikro şeyler yerleştirip çevreyi kontrol edinceye veya (burada *fütüristik fantezi*) başka birinin aklını okuyana kadar gidilecek çok uzun bir yol var.

Bugünün gönderisinde, Neuralink Lansman Etkinliği gününde yayınlanan Neuralink teknik incelemesine [1] dayanarak bu araştırmayı inceleme altına alacağız. Amaç, belirtilen makalede sunulduğu şekliyle Neuralink sisteminin bazı önemli noktalarını adım adım sunmaktır. Önerilen çözümlerin potansiyel sonuçlarını tartışarak özetleyeceğiz.

teknoloji

İleri teknoloji fikirlerindeki gelişmelere aşina olsanız bile, şu soruyu sormaya değer: genel olarak beyin-makine arayüzü nedir? Pekala, tanım geniş görünebilir, ancak BMI'ler beyin ve makine arasında bulunan cihazlar / cihaz setleridir ( bir bilgisayar, protez bir uzuv, bir şeyi açıp kapatmak için bir modül olabilir - hemen hemen her şey kontrol edilebilir) . BMI'nin amacı , sinyali birinden diğerine aktararak beyin ve makine arasında aracılık etmektir (her iki şekilde de olabilir).

BMI'nin sinyali nedir? Sorun burada birçok düzeyde ayrılıyor. BMI'ler kabaca invaziv ve non-invaziv olarak ayrılabilir . Elektroensefalografi (EEG) veya fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) gibi teknikleri tanıyabilirsiniz — bu ikisi, invaziv olmayan BMI'ler için kullanılabilecek oldukça iyi ölçüm örnekleridir (invaziv olmayan == herhangi bir cerrahi prosedüre gerek yoktur). EEG kullanırken, kafa derisinden elektrik potansiyelindeki belirli değişiklikleri kaydederiz; fMRI ile kan-oksijen düzeyine bağlı (BOLD) yanıtları araştırabiliriz — her iki sinyal de kaydedilebilir, işlenebilir ve yönlendirme amacıyla kullanılabilir.

İstilacı VKİ'ler söz konusu olduğunda, kafatasının altına bazı şeyler koymak için bir ameliyat yapılması gerekir - beynin yüzeyinde veya serebral korteksin içinde olabilir. Evet, hayal ederken tüylerinizin diken diken olduğunu hissedebilirsiniz. Serebral kortekste birçok nöron hücre gövdesi vardır ve nöronlar uyarılabilir hücrelerdir , bu nedenle zamanla değişen elektriksel aktiviteye sahiptirler. Ve temelde kaydedip kullanabileceğimiz şey bu . Ve bu, Elon ve Neuralink'in çalışmalarının amacı için kullandıkları şeydi.

Adım adım — Neuralink BMI'nin içinde neler var?

Sistem, güç sağlamak ve veri toplamak için bir cerrahi robot, implantlar ve dış elektroniklerden oluşur. Modüler yapısı, implantları geniş beyin yüzeyine yerleştirerek sistemi genişletme şansı verdiği için oldukça umut vericidir.
Neuralink'in BMI'sinin her bölümüne göz atalım.

Robot - diğer adıyla dikiş makinesi

Cerrahi robot beni şaşırttı! Dünyadaki en karmaşık tıbbi robot gibi görünmüyor, ancak birçok özelliğe sahip ve .. zarif. Sadece bir parçanın beyin dokusuyla doğrudan teması vardır - bu, yerleştirici tarafından yönetilen iplikli iğnedir. İğnenin, onu korteks yüzeyinden hızla itmek ve çekmek için kendi doğrusal motoru vardır. Peki ya diğer özellikler? Ah! Beyin konum sensörleri, çeşitli dalga boylarında altı ışık kaynağı ve kameralar — birlikte, beyin yapılarının bilinen koordinatlara ve alan izleme derinliğine göre lokalizasyonunda büyük bir rol oynarlar, ancak aynı zamanda beyin cerrahının prosedürü izlemesi için gereklidirler. Robot otomatik modda çalışabilir (oldukça etkileyici, bir dakikada 6 iş parçacığı!), ama hey, şu anda yanınızda bir uzmanın olmasında bir sorun yok.

Malzeme — elektrotlardan USB-C'ye

Elektrotlardan başlayalım. Yazarlar, elektrotlar için iki farklı malzemeyle yaptıkları denemeler hakkında yazdılar - PEDOT (dayanıklı bir iletken polimer) ve iridyum oksit (PEDOT'lardan daha iyi biyouyumluluk hakkında yazdılar). Elektrotlar, beyin dokusuna yerleştirilen bir polimer ipliğe yerleştirilir. Elektrotların sayısı etkileyici! Bir iş parçacığında 32 tane var. Neuralink, sırasıyla 1536 ve 3072 elektrottan oluşan A ve B olarak tanımlanan iki sistem sundu (Şekil 2). Vay.

Kendi özel yapım ASIC devrelerini icat ettiler (bkz. Şekil 2). Tek seferde 8 iş parçacığının amacına hizmet edebilen 256 amplifikatöre sahiptir (8 iş parçacığı - 256 elektrot, ardından 1 elektrot - 1 amplifikatör). Devrenin geri kalanı, ~ 19 kHz örnekleme hızına sahip ADC dönüştürücü ve verileri USB-C aracılığıyla paketleyip gönderen devrelerdir. USB-C ayrıca sistem için bir ASIC başına yaklaşık 6 mW güç sağlar.

Şu ana kadar neler kaydedildi?

Bu yazının amaçlarından biri, Neuralink'in deneyleri sırasında kaydedilenleri kısaca açıklamaktı, çünkü yayınlanan teknik incelemede nörofizyolojiden bazı kavramlar tanımlanmamıştı. Yazarlar, ilgilendikleri sinyalin iki şekilde geldiğini yazdı: ani yükselmeler ve yerel alan potansiyelleri (LFP'ler) . Onlar ne?

• Sivri uçlar (daha resmi: aksiyon potansiyelleri ), örneğin nöron zarının polaritesindeki hızlı değişikliklerdir. Bildiğiniz gibi, her hücrenin bir sınırı vardır - hayvanlar söz konusu olduğunda, ürünleri hücrenin içine veya dışına seçici olarak ileten çeşitli proteinler, fosfolipitler vb. Hücrelerin dış ve iç ortamları iyon dağılımına göre farklılık gösterir - eğer kararlıysa buna dinlenme potansiyeli diyoruz . Nöronlara gelince, eğer bir zardaki kanallar açılırsa (uyarılma nedeniyle), hücrede depolarizasyon veya hiperpolarizasyonla sonuçlanan hızlı değişiklikler meydana gelir . Birikir ve bir eşiğe ulaşırsa, bir yükselme tetiklenir. [2]
• Yerel alan potansiyeli (LFP), elektrotun çevresindeki sinir hücresi grubundan kaydedilir. Kaydedilen elektriksel aktivitenin kaynağı bireysel aksiyon potansiyelinde değil, sinaptik ve dendritik akımlarda olmasına rağmen, nöron demetinin elektriksel aktivitesinin bir toplamıdır. [3]

Neuralink, fareler uzayı özgürce keşfederken BMI'lerini incelemek için bu yaklaşımı kullandı. Yazarlar, bazı yapıların (örneğin ani yükselmeler) çevrimiçi tespiti ile A ve B sistemlerini kullanarak sinyalleri kaydediyorlardı. Dikiş robotu, performansın nasıl ölçüldüğü (başarılı yerleştirme derinliği? robotun hataları? iplik kopması?) açıklanmamasına rağmen, %87 başarı oranıyla fareler üzerinde 19 ameliyat gerçekleştirdi.

Neuralink Lansman Etkinliği sırasında, BMI'nin insanlarda uygulanması için gelecekteki fikirlerin bir sunumu yapıldı. Bunun arkasındaki genel fikir, sistemin bir işitme cihazına benzeyen harici bir giyilebilir cihaza bağlanacak olan implantlardan (alıntı yapılan makalede [1] sunulanlara benzer) oluşmasıdır. Bu giyilebilir cihaz, Bluetooth aracılığıyla iPhone'unuzdaki Neuralink uygulamasına bağlanacaktır. Bu havalı. Ama aynı zamanda ortaya çıkan birçok şüphe var mı? Peki ya veri güvenliği? Peki ya veri depolama? Beyinden gelen veri miktarı muhtemelen çok büyük olacak ve bir bütün olarak yararlı olmayacak, ancak kişinin beyin / zihinsel sağlığı hakkında bazı belirli eğilimler veya bilgiler bir şeydir. Korumak istediğimiz bir şey.

Sonuçlar? içgörüler?

• Çok ve biraz. Yapılan birçok iyileştirme var. Gelecekteki bazı klinik uygulamalar göz önünde bulundurulduğunda, elektrotlu iplik hızlı ve sağlam bir çözüm gibi görünmektedir. Ayrıca yenilikçi bir uygulama sistemi var - yukarıda yazdığım gibi, robotun hızı ve ek özellikleri birlikte etkileyici. Ancak yine de tam bir BMI elde etmek istiyorsak yapacak çok şey var - özellikle hücre dışı sinyalin yorumlanmasıyla, çünkü onu makine tarafından yapılan belirli görevlere atamamız gerekiyor.
• Nöronların modülasyonu. Beğendim. Daha önce bahsetmedim, ancak Neuralink'in ekibi elektrotların beyin dokusunu hem kaydedebileceğini hem de uyarabileceğini iddia ediyor. Özellikle belirli maddelerin konsantrasyonundaki değişikliklerle ilgili bozuklukların amacı için çok çeşitli olasılıklar açar. Kapalı döngü sibernetik sistem.
• Çok sayıda kanal ve modüler bir sistem. Elektrotların yer değiştirmesi belirli klinik veya klinik olmayan amaçlar için tasarlanabileceğinden (gelecekte:-)) bu çok büyük bir avantajdır.

Referanslar

[1] Musk, E., Neuralink (2019) Binlerce Kanallı Entegre Beyin-Makine Arayüzü Platformu . (beyaz kağıt)
[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

İlk olarak 21 Temmuz 2019'da https://annastroz.com adresinde yayınlandı.