Мозго-машинный интерфейс имени Илона Маска

vakhnenko — 17.07.2019 Появилось видео недавней презентации компании Маска Neuralink. Начало на 1:30:00 (в комментариях к видео есть таймстэмпы):



А ранее в этом году пробегала научная публикация про "швейную машинку" для имплантации электродов в центральную нервную систему.













Выскажу свое мнение на тему. Бакалавриат у меня был как раз в этой области, а именно биомед инженерия с концентрацией в биоэлектричестве, т.е. смесь создания нейроимплантантов и "чистой" нейрологии. Было это давно и неправда, после универа я уже по этой специальности не работал (получить диплом конкретно в 2008 году было весьма неудачной вещью), но кой-чего я всё же до сих пор помню.

Так вот. Я уверен, что полноценным мозго-машинным интерфейсом (ММИ) это не станет никогда. Допускаю, что я могу оказаться в роли тех старперов, которые шипели, что у Маска никогда не получится сделать многоразовую первую ступень, но тем ни менее.

Что именно я понимаю под полноценным ММИ? Для меня оным является возможность качественно (хотя бы на ~порядок, а лучше порядки) более высокой скорости передачи данных из мозга по сравнению с речью/письмом/рисованием и т.д. Также, должна быть возможность передавать некую информацию прямиком в мозг, либо в кратковременную, либо в долговременную память -- от фактологической информации до навыков и умений.

Теперь разберем почему я считаю, что полноценного ММИ не выйдет. Для начала, стоит понимать, что информация в мозгу хранится и анализируется на довольно низком уровне -- даже не на уровне нервных клеток (коих в мозгу ~сто миллиардов), а на уровне соединений этих клеток между собой. Эти соединения-"отростки" называются аксоны (один на клетку) и дендриты (много). Среднее количество этих соединений на одну клетку центральной нервной системы, дай бог памяти, в районе десяти тысяч. У меня был уже пост где объясняются основы стимуляции нервных клеток, гляньте, если интересно.

А теперь глянем на проблемы решения, основанного на имплантации электродов в мозг взрослого человека:

1. Даже если мы воткнем электродные решетки везде где только получится, контакт у нас все равно будет с очень малым количеством от имеющихся клеток. Причем заметьте, клеток, а не соединений между ними, на которые нам и надо в идеале влиять! Всё, уже одной этой причины достаточно. Но пойдем дальше.

2. Селективность приёма сигнала (т.е. output) для клеток с которыми в п.1 есть контакт очень низкая. Там друг на друга накладывается электрические сигналы десятков, а то и сотен клеток. См. иллюстрации А и E из последней картинки выше. Лишь часть из тех клеток можно вычленить и уверенно идентифицировать с помощью аналитических методов; в основном те, что находятся ближе всего к электроду. Модное нынче глубокое обучение ситуацию улучшит, но полностью не исправит.

3. Селективность стимуляции (т.е. input) очень низкая: одновременно стимулируются все клетки поблизости электрода, затем те что подальше, и т.д. В принципе, можно поиграться со всякими хитрыми формами стимуляции -- например высокочастотная синусоида с низкой амплитудой и стимулирующий импульс более высокой амплитуды может временно блокировать клетки рядом и стимулировать те, что подальше. Но многого это не даст. Да, для понимания -- у электродов из публикации длина пластин от 100 до 200 микрометров, диаметр типичного нейрона где-то десять микрометров, если мне память не изменяет. Сделать электрод значительно меньше не выйдет -- большой проблемой будет плотность заряда (так я перевел charge density), из-за этого электрод нельзя сделать меньше некоей площади. Плюс у малых электродов больше проблем с механической прочностью -- коррозия, трещины, и так далее. Не забывайте, в идеале эти штуки обязаны функционировать в течении всей жизни человека. Менять их ни в коем слдучае нельзя, ибо имплантация каждый раз по сути совершенно случайный процесс, мы сможем попасть в примерно нужную область, но конкретные клетки с которыми у нас есть контакт почти наверняка будут разными.

4. Со временем селективность еще и падает из-за того, что электроды обрастают шрамовой тканью -- это сильно повышает импеданс. И да, чем меньше электрод, тем более выражен этот эффект. Впрочем, теоретически проблему можно решить каким-то хитрым напылением биомаркерами, которое предотвратит образование шрамовой ткани.

5. Наконец, взрослых людей очень-очень трудно учить пользоваться такими имплантированными электродами. Это уже известно на практике: примитивные ММИ делают довольно давно, например когда у человека парализовано почти всё тело (т.н. синдром запертого человека). В этих случаях, электроды обычно имплантируют в моторную кору, и обучаемый человек пытается двигать теми или иными мускулами -- даже при параличе в моторной коре происходит соответствующая активация нейронов. Работает это всё так себе: когда я последний раз читал публикации на тему, скорость печати была в районе нескольких знаков в минуту, в лучшем случае с ~десяток.

6. В качестве "бонуса" -- в процессе имплантации неизбежно уничтожается некое количество нервных клеток, в чём тоже нет ничего хорошего. Если вы парализованы, то это приемлимая цена, но пойдет ли на такой здоровый человек?


А ведь решение на основе электродов -- лучшее из имеющихся (потому компания Маска занимается именно им). У не-хирургических методов ММИ (электроэнцефалограмма, функциональный МРТ, ПЭТ, ОФЭКТ, магнитная стимуляция) с селективностью всё на порядки хуже. Есть лабораторные методы, где селективность практически та, что нужна нам -- патч кламп, или, как его называет русская вики, метод локальной фиксации потенциала (без поллитры не выговоришь!). Но масштабное применение последнего метода в живом существе совершенно нереально в силу массы причин.


Такие дела. Рад был бы ошибиться, но увы -- я твердо уверен, что создание полноценного ММИ для взрослого человека невозможно при имеющемся уровне понимания мироздания, если не обращаться к deus ex machina в виде сверх-ИИ и контролируемых оным волшебных наноботов, которые переделают мозг "на лету" на самом низовом уровне.

Впрочем, заметьте -- я уже который раз пишу о взрослом человеке. Создание ММИ гипотетически возможно, просто делать его надо начинать еще до рождения. Моё решение: на самой начальной стадии беременности можно имплантировать в утробу матери микросхему, у которой ножки будут отмечены соответствующими химическими маркерами. В процессе развития эмбриона, тот "протянет" к этим маркерам аксоны, которые прирастут к ножкам (понадобится довольно обширная генетическая модификация, конечно). И потом уже, по мере развития сначала плода, а потом и ребенка, его надо будет специальным образом учить пользоваться этими соединениями, создав эдакую "цифровую" кору головного мозга. Но очевидны этические проблемы при отработке, многие ли родители пойдут на такое?

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив