Περίληψη άρθρου:

Ο τομέας των διεπαφών εγκεφάλου-υπολογιστή (BCIs) έχει κερδίσει την προσοχή και τις επενδύσεις, εν μέρει χάρη στην εταιρεία Neuralink του Elon Musk. Η Neuralink στοχεύει στην ανάπτυξη εμφυτεύσιμων συσκευών που θα επιτρέπουν σε παραλυμένα άτομα να ελέγχουν εξωτερικές συσκευές με τις σκέψεις τους. Άλλες εταιρείες, όπως η Synchron και η Precision Neuroscience, σημειώνουν επίσης πρόοδο στην ανάπτυξη εμφυτεύσιμων BCIs. Η Synchron έχει αποδείξει τη μακροχρόνια ασφάλεια του εμφυτεύματός της, ενώ η Precision Neuroscience έχει αναπτύξει μια διάταξη λεπτών μεμβρανών που μπορεί να καταγράφει λεπτομερώς την εγκεφαλική δραστηριότητα. Η Motif Neurotech εργάζεται πάνω σε μια συσκευή για τη θεραπεία ψυχικών ασθενειών και η Forest Neurotech διερευνά τη χρήση υπερήχων σε νευρικά εμφυτεύματα. Ενώ αυτές οι εξελίξεις είναι πολλά υποσχόμενες, εξακολουθεί να υπάρχει αβεβαιότητα σχετικά με την αποτελεσματικότητα και την επιτυχία τους ως εμπορικά προϊόντα.

 

Κύρια σημεία του άρθρου:

• Η εταιρεία Neuralink του Elon Musk προσλαμβάνει εθελοντές για μια κλινική δοκιμή προκειμένου να δοκιμάσει τη συσκευή διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI).
• Άλλες εταιρείες, όπως η Synchron, η Precision Neuroscience, η Motif Neurotech και η Forest Neurotech, αναπτύσσουν επίσης εμφυτεύσιμες συσκευές BCI.
• Οι BCI αναπτύσσονται από τις δεκαετίες του 1960 και 1970 και έχουν εξελιχθεί ώστε να επιτρέπουν σε παραλυμένα άτομα να ελέγχουν εξωτερικές συσκευές με τις σκέψεις τους.
• Η χρηματοδότηση από κυβερνητικές υπηρεσίες όπως η Υπηρεσία Προηγμένων Αμυντικών Ερευνητικών Προγραμμάτων των ΗΠΑ και η Πρωτοβουλία για τον Εγκέφαλο των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας έχει συμβάλει στην πρόοδο του τομέα.
• Οι εταιρείες σχεδιάζουν ασύρματα και λιγότερο επεμβατικά συστήματα BCI που μπορούν να συλλαμβάνουν περισσότερα νευρωνικά δεδομένα και να παρέχουν υψηλότερη ανάλυση.
• Η Synchron έχει αναπτύξει ένα εμφύτευμα εγκεφάλου που μοιάζει με stent και μπορεί να μεταδίδει νευρικά σήματα από το εσωτερικό ενός αιμοφόρου αγγείου χωρίς ανοικτή χειρουργική επέμβαση στον εγκέφαλο.

 

 Αναλυτικά το άρθρο:

Χάρη εν μέρει στον Elon Musk, ο τομέας των διεπαφών εγκεφάλου-υπολογιστή έχει προσελκύσει το ενδιαφέρον τόσο του κοινού όσο και των επενδυτών, με μια σειρά εταιρειών να αναπτύσσουν πλέον εμφυτεύσιμες συσκευές.

Τον Σεπτέμβριο, η εταιρεία εγκεφαλικών εμφυτευμάτων του Elon Musk, η Neuralink, ανακοίνωσε την πολυαναμενόμενη είδηση ότι θα αρχίσει την πρόσληψη εθελοντών για μια κλινική δοκιμή για τη δοκιμή της συσκευής της. Γνωστή ως διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή ή BCI, συλλέγει την ηλεκτρική δραστηριότητα από τους νευρώνες και ερμηνεύει τα σήματα αυτά σε εντολές για τον έλεγχο μιας εξωτερικής συσκευής. Ενώ ο Musk έχει πει ότι τελικά θέλει να συγχωνεύσει τον άνθρωπο με την τεχνητή νοημοσύνη, ο αρχικός στόχος της Neuralink είναι να δώσει τη δυνατότητα σε παράλυτους ανθρώπους να ελέγχουν έναν κέρσορα ή ένα πληκτρολόγιο μόνο με τις σκέψεις τους.

Οι αντίπαλες προσπάθειες για τη σύνδεση των εγκεφάλων των ανθρώπων με τους υπολογιστές προχωρούν επίσης. Φέτος, ο ανταγωνιστής της Neuralink, η Synchron, απέδειξε τη μακροχρόνια ασφάλεια του εμφυτεύματός της σε ασθενείς. Άλλες νεοσύστατες επιχειρήσεις δοκίμασαν νέες συσκευές σε ανθρώπους, ενώ νέες επιχειρήσεις εμφανίστηκαν στο προσκήνιο.

"Μπορεί σίγουρα να νιώθουμε ότι πρόκειται για μια χρονιά επανάστασης, αλλά στην πραγματικότητα είναι το αποτέλεσμα δεκαετιών εργασίας στον ακαδημαϊκό χώρο", λέει ο Σάμνερ Νόρμαν, επισκέπτης ερευνητής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας, ο οποίος είναι επίσης συνιδρυτής και διευθύνων σύμβουλος της Forest Neurotech, η οποία ξεκίνησε τον Οκτώβριο. "Νομίζω ότι μόλις τώρα αρχίζουμε να νιώθουμε τα αποτελέσματα αυτής της εκθετικής ανάπτυξης".

Η προέλευση των BCIs ανάγεται στις δεκαετίες του 1960 και 1970, όταν οι πρώτες δοκιμάστηκαν σε πειραματόζωα. Καθώς οι ερευνητές άρχισαν να κατανοούν καλύτερα τον εγκέφαλο, τα συστήματα αυτά εξελίχθηκαν σε πιο εξελιγμένα, επιτρέποντας σε παράλυτους ανθρώπους να κινούν ρομποτικά χέρια, να παίζουν βιντεοπαιχνίδια και να επικοινωνούν με το μυαλό τους. Κάποτε αποτελούσαν σε μεγάλο βαθμό ακαδημαϊκή ενασχόληση, τα BCIs ενδιαφέρουν πλέον μια αυξανόμενη ομάδα εταιρειών που έχουν εμφανιστεί μετά την ίδρυση της Neuralink το 2016.

"Η επιστήμη και η τεχνολογία έχουν φτάσει σε ένα επίπεδο ωριμότητας όπου μπορούμε να αρχίσουμε να έχουμε πραγματικά, δραματικά αποτελέσματα στην ανθρώπινη κατάσταση", λέει ο Jacob Robinson, διευθύνων σύμβουλος και ιδρυτής της νεοφυούς επιχείρησης Motif Neurotech και καθηγητής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Rice.

"Άνθρωποι όπως ο Elon Musk αναγνωρίζουν αυτά τα σημεία καμπής και βάζουν κεφάλαια στην εμπορική αξιοποίησή τους".

Ακόμη και εν μέσω διαμάχης σχετικά με τη μεταχείριση των πειραματόζωων-μαϊμούδων, η Neuralink συγκέντρωσε πρόσφατα επιπλέον 43 εκατομμύρια δολάρια σε επιχειρηματικά κεφάλαια, με αποτέλεσμα το ποσό που έχει συγκεντρώσει η εταιρεία να ξεπερνά τα 323 εκατομμύρια δολάρια, σύμφωνα με τις καταθέσεις στην Επιτροπή Κεφαλαιαγοράς των ΗΠΑ.

Οι κυβερνητικές επενδύσεις, ιδίως από την Υπηρεσία Προηγμένων Αμυντικών Ερευνητικών Προγραμμάτων των ΗΠΑ και την Πρωτοβουλία για τον Εγκέφαλο των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας, βοήθησαν επίσης στην προώθηση του τομέα. Η τελευταία έχει διοχετεύσει περισσότερα από 3 δισεκατομμύρια δολάρια στη νευροεπιστημονική έρευνα από την αρχική της χρηματοδότηση το 2014.

Στην προσπάθειά τους να εμπορευματοποιήσουν πρακτικά συστήματα που οι ασθενείς θα μπορούν να χρησιμοποιούν στο σπίτι, οι εταιρείες σχεδιάζουν ασύρματα συστήματα με εμφυτεύματα που είναι μικρότερα, πιο ευέλικτα ή ικανά να συλλαμβάνουν περισσότερα νευρικά δεδομένα από την άκαμπτη, χτενιστή συστοιχία Utah που ήταν ο βασικός πυλώνας στην έρευνα BCI.

Η Synchron με έδρα τη Νέα Υόρκη είναι μία από αυτές. Η εταιρεία αναπτύσσει ένα εγκεφαλικό εμφύτευμα που μοιάζει με stent και έχει συγκεντρώσει 145 εκατομμύρια δολάρια από την ίδρυσή της το 2016.

Τον Ιανουάριο, η Synchron δημοσίευσε βασικά δεδομένα από τέσσερις παράλυτους ασθενείς στην Αυστραλία που έδειξαν ότι η συσκευή της μπορεί να μεταδίδει με ασφάλεια νευρικά σήματα από το εσωτερικό ενός αιμοφόρου αγγείου στον εγκέφαλο για ένα έτος χωρίς σοβαρές παρενέργειες. Η ποιότητα του σήματος παρέμεινε επίσης σταθερή κατά τη διάρκεια της 12μηνης περιόδου μελέτης. Η συσκευή επέτρεψε στους συμμετέχοντες να στέλνουν μηνύματα, να στέλνουν email και να περιηγούνται στο διαδίκτυο.

Η καινοτομία της είναι ότι δεν απαιτεί ανοιχτή χειρουργική επέμβαση στον εγκέφαλο. Αντ' αυτού, εμφυτεύεται μέσω μιας σχισμής στη βάση του λαιμού και εισάγεται μέσω της σφαγίτιδας φλέβας στον κινητικό φλοιό -το τμήμα του εγκεφάλου που κατευθύνει την κίνηση. Η συσκευή τροφοδοτείται από μια μικρή μπαταρία που τοποθετείται κάτω από το δέρμα του θώρακα. Η Synchron έχει εμφυτεύσει 10 ασθενείς, εκ των οποίων έξι σε μια αμερικανική δοκιμή σκοπιμότητας που υποστηρίζεται από την πρωτοβουλία Brain Initiative.

 

“Η ομάδα που κυνηγάει”

Φέτος και άλλες εταιρείες πραγματοποίησαν πειράματα σε ανθρώπους με νέες συσκευές. Την άνοιξη, η Precision Neuroscience με έδρα τη Νέα Υόρκη τοποθέτησε το εγκεφαλικό της εμφύτευμα σε τρία άτομα για περίπου 15 λεπτά. Οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε χειρουργική επέμβαση στον εγκέφαλο για άλλους λόγους -δύο ήταν ξύπνιοι εκείνη τη στιγμή- και η Precision ήθελε να δει αν το εμφύτευμά της μπορούσε να διαβάσει, να καταγράψει και να χαρτογραφήσει με επιτυχία την ηλεκτρική δραστηριότητα από την επιφάνεια του εγκεφάλου. Η νεοσύστατη εταιρεία έχει έκτοτε πραγματοποιήσει παρόμοιες δοκιμές σε δύο ακόμη ασθενείς και σχεδιάζει να επεκτείνει τη μελέτη το 2024 σε περισσότερες τοποθεσίες.

Η Precision, η οποία ιδρύθηκε το 2021 από τον Benjamin Rapoport, ο οποίος ήταν επίσης συνιδρυτής της Neuralink, ανέπτυξε μια διάταξη λεπτού φιλμ που έχει πλάτος ένα πέμπτο της ανθρώπινης τρίχας και προσκολλάται στην επιφάνεια του εγκεφάλου. Η τεχνολογία έχει σχεδιαστεί για να είναι λιγότερο επεμβατική από τα εμφυτεύματα όπως η συστοιχία Utah που βρίσκονται βαθύτερα στον εγκέφαλο. Οι διεισδυτικές συστοιχίες μπορεί να προκαλέσουν φλεγμονή και ουλές στον εγκεφαλικό ιστό, οι οποίες μπορεί να οδηγήσουν σε απώλεια της ποιότητας του σήματος με την πάροδο του χρόνου.

 Στις μελέτες της νωρίτερα φέτος, η Precision λέει ότι απέδειξε ότι η συστοιχία της μπορεί να καταγράφει την εγκεφαλική δραστηριότητα με μεγαλύτερη λεπτομέρεια και υψηλότερη ανάλυση από τα τρέχοντα επιφανειακά ηλεκτρόδια, τα οποία χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση επιληπτικών κρίσεων και τη χαρτογράφηση του εγκεφάλου. Όταν οι ασθενείς πρέπει να υποβληθούν σε χειρουργική επέμβαση στον εγκέφαλο, όπως για την αφαίρεση ενός όγκου, οι γιατροί τοποθετούν ηλεκτρόδια στον εγκέφαλό τους για να εντοπίσουν τα όρια των περιοχών που εμπλέκονται στην ομιλία και την κίνηση, ώστε να μπορούν να αποφύγουν αυτές τις ζωτικές περιοχές κατά τη διάρκεια της επέμβασης.

"Έχουμε ήδη καταφέρει να δημιουργήσουμε μια εικόνα του ξύπνιου ανθρώπινου εγκεφάλου σε υψηλότερη ανάλυση από ποτέ", λέει ο Michael Mager, συνιδρυτής και διευθύνων σύμβουλος της Precision.

Τον Οκτώβριο, η εταιρεία ανακοίνωσε ότι απέκτησε μια εγκατάσταση για την κατασκευή των συστοιχιών της σε μεγαλύτερη κλίμακα. Μια ομάδα 11 ατόμων κατασκευάζει μερικές εκατοντάδες συστοιχίες το μήνα, λέει ο Mager. Αρχικά, η Precision σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει τη συσκευή της για να βοηθήσει παράλυτους ανθρώπους να χειρίζονται έναν υπολογιστή και να επικοινωνούν ψηφιακά. Τελικά, σκοπεύει να θεραπεύσει μια σειρά νευρολογικών και νευροεκφυλιστικών ασθενειών, όπως το άγχος, η κατάθλιψη και η άνοια.

Η Motif Neurotech αντιμετωπίζει επίσης τις ψυχικές ασθένειες. Η συσκευή της είναι σχεδιασμένη να εκπέμπει παλμούς ηλεκτρικής διέγερσης για την αποκατάσταση της υγιούς δραστηριότητας του κυκλώματος. Μια μελλοντική έκδοση θα διαβάζει δεδομένα της κατάστασης του εγκεφάλου και θα αντιδρά σε αυτά.

Τον Σεπτέμβριο, η εταιρεία με έδρα το Χιούστον ανακοίνωσε ότι οι χειρουργοί εγκατέστησαν προσωρινά τη συσκευή μεγέθους μπιζελιού στο κρανίο ενός ασθενούς στον οποίο αφαιρέθηκε ένας όγκος στον εγκέφαλο. Σε αποτελέσματα που δεν έχουν ακόμη αξιολογηθεί από ομότιμους, η Motif έδειξε ότι μπορούσε να παρέχει αποτελεσματικά διέγερση στον εγκέφαλο χωρίς να έρχεται σε επαφή με αυτόν. Το εμφύτευμα βρισκόταν πάνω από τον εγκέφαλο για λίγα μόνο λεπτά.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι μπορούσαν να παρέχουν ασφαλή και αποτελεσματική εγκεφαλική διέγερση σε χοίρους για ένα μήνα. Η Motif θέλει να χρησιμοποιήσει τη συσκευή για να βοηθήσει άτομα με ανθεκτική στη θεραπεία κατάθλιψη, η οποία πλήττει εκατομμύρια ανθρώπους στις ΗΠΑ.

"Νομίζω ότι υπάρχει μια ευκαιρία να είμαστε λιγότερο επεμβατικοί", λέει ο Robinson. Η τοποθέτηση ενός εμφυτεύματος στο κρανίο αντί στον εγκέφαλο θα μπορούσε να αποφύγει τη βλάβη των ιστών, την αιμορραγία και τη μόλυνση. Η συσκευή της Neuralink προορίζεται επίσης να τοποθετηθεί στο κρανίο, αλλά έχει λεπτά νήματα που φτάνουν στον εγκεφαλικό ιστό. Η συσκευή της Motif τοποθετείται στο κρανίο ακριβώς πάνω από τη σκληρά μήνιγγα, την προστατευτική μεμβράνη που περιβάλλει τον εγκεφαλικό ιστό. Η συσκευή θα στοχεύει στον προμετωπιαίο φλοιό, ο οποίος είναι εξασθενημένος σε ασθενείς με μείζονα καταθλιπτική διαταραχή.

Το εμφύτευμα τροφοδοτείται από ασύρματη μαγνητοηλεκτρική τεχνολογία που ανέπτυξε ο Robinson στο Πανεπιστήμιο Rice, εξαλείφοντας την ανάγκη για μπαταρία. Ένα ειδικό καπάκι που φοριέται για περίπου 20 λεπτά την ημέρα φορτίζει τον διεγέρτη.

 

“Καλές δονήσεις”

Η Forest Neurotech στο Λος Άντζελες ξεκίνησε επίσης φέτος τη λειτουργία της για την αντιμετώπιση ψυχιατρικών και γνωστικών διαταραχών. Η μη κερδοσκοπική νεοφυής επιχείρηση στοχεύει στη σμίκρυνση των υπερήχων σε ένα νευρικό εμφύτευμα. Εργάζεται ενεργά σε μια συσκευή πρώτης γενιάς με εταίρο το Butterfly Network, μια εταιρεία υπερήχων της Μασαχουσέτης. Αντί να καταγράφει την ηλεκτρική δραστηριότητα, η προτεινόμενη συσκευή της Forest θα χρησιμοποιεί ηχητικά κύματα για να διαβάζει τον εγκέφαλο και να παρέχει θεραπευτική διέγερση.

Το υπερηχογράφημα λειτουργεί με την εκπομπή ηχητικών κυμάτων υψηλής συχνότητας στο σώμα και τη μέτρηση της "ηχούς" αυτών των ηχητικών δονήσεων. Τα ηχητικά κύματα ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες μέσα σε διαφορετικούς τύπους ιστών. Τα οστά δεν είναι διαπερατά από τα ηχητικά κύματα, οπότε η Forest σχεδιάζει να ενσωματώσει τη συσκευή της στο κρανίο. Ο Norman λέει ότι φαντάζεται τη διαδικασία εγκατάστασης με μια σύντομη διαδικασία στα εξωτερικά ιατρεία αντί για μια επεμβατική χειρουργική επέμβαση στον εγκέφαλο.

Ο Norman και οι συνεργάτες του δημοσίευσαν τον Νοέμβριο μια μελέτη απόδειξης της έννοιας που δείχνει ότι οι υπέρηχοι μπορούν να τροφοδοτήσουν ένα BCI.

Χρησιμοποίησαν λειτουργικούς υπερήχους για να μετρήσουν τις αλλαγές στη ροή του αίματος στον εγκέφαλο δύο μακάκων ρέζους, ενώ τα ζώα εκτελούσαν κινήσεις του χεριού και των ματιών.

Οι πίθηκοι διδάχθηκαν είτε να σχεδιάζουν να μετακινήσουν το χέρι τους για να κατευθύνουν έναν κέρσορα σε μια οθόνη είτε να σχεδιάζουν να μετακινήσουν τα μάτια τους για να κοιτάξουν ένα συγκεκριμένο σημείο της οθόνης. Μετά την εκπαίδευση, το μόνο που χρειαζόταν να σκεφτούν ήταν να εκτελέσουν την εργασία για να ελέγξουν έναν υπολογιστή.

Ο Robert Gaunt, ερευνητής στο Rehab Neural Engineering Laboratory του Πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ, ο οποίος μελετά τα BCIs, είναι ενθουσιασμένος με την ποικιλία των συσκευών που ετοιμάζονται. "Για ορισμένες εφαρμογές, μπορεί να μην χρειάζεται να διεισδύσουμε στον εγκέφαλο", λέει. "Αλλά ένα αρκετά μεγάλο κομμάτι του εγκεφάλου μας βρίσκεται σε αυτές τις πτυχές και τις πτυχές". Η εκτέλεση πιο σύνθετων ενεργειών μπορεί να απαιτεί νέες τεχνολογίες που να εισχωρούν βαθύτερα στον εγκέφαλο χωρίς να καταστρέφουν τους ευαίσθητους ιστούς.

Προς το παρόν, πιστεύει ότι οι απλές συσκευές έχουν περισσότερες πιθανότητες να είναι αποτελεσματικές, επειδή όσο λιγότερα κινούμενα μέρη υπάρχουν τόσο μικρότερη είναι η πιθανότητα να πάει κάτι στραβά.

"Βρισκόμαστε σε ένα στάδιο όπου έχουν γίνει αρκετές αποδείξεις της σκοπιμότητας, ώστε οι εταιρείες να προσπαθήσουν να κατασκευάσουν πραγματικά προϊόντα και ιατρικές συσκευές", λέει ο Gaunt. "Το αν κάποια από αυτές θα είναι επιτυχής ή όχι είναι μια εντελώς διαφορετική ιστορία".

 

Πηγή: The Race to Put Brain Implants in People Is Heating Up