Такие компании, как Neuralink, уже продемонстрировали впечатляющие успехи в подключении мозга к компьютеру, но существующие технологии всё ещё сталкиваются с рядом ограничений, затрудняющих их широкое применение.
Неинвазивные методы, вроде ЭЭГ (электроэнцефалографии), дают лишь общее представление о нейронной активности, что ограничивает их функционал. Прямое внедрение электродов непосредственно в мозг даёт более чёткое соединение, но такая операция сопряжена с высокими медицинскими рисками и подходит далеко не каждому пациенту.
Стартап из Калифорнии, Science Corporation, полагает, что имплантат, основанный на живых нейронах, сможет предложить оптимальный баланс безопасности и точности. В недавней публикации на bioarXiv команда показала, что прототип устройства способен связываться с мозгом мыши и даже помогать ей распознавать простые световые сигналы.
«Главное преимущество биогибридного имплантата заключается в том, что он может кардинально изменить соотношение между количеством нейронов, с которыми возможно взаимодействие, и степенью повреждения мозга», — заявил Алан Мардинли, директор по биологии в Science Corporation.
Генеральным директором компании является Макс Ходак, бывший президент Neuralink. Компания также разрабатывает имплантат сетчатки на основе традиционных электронных компонентов, который восстанавливает зрение у некоторых пациентов. Тем не менее, Science Corporation исследует так называемые «биогибридные» подходы, которые, по мнению Ходака, могут оказаться более долговечным решением для интерфейсов мозг-компьютер.
«Любое вмешательство в мозг неизбежно повреждает какое-то количество тканей», — написал Ходак в недавнем посте блога. «Потеря 10 000 клеток ради взаимодействия с 1 000 нейронов может быть оправданной в случае серьёзной травмы, но это не лучший сценарий с точки зрения масштабируемости».
Вместо этого компания разработала кремневую структуру с более чем 100 000 микроканалов глубиной около 15 микрометров. Каждый канал содержит отдельный нейрон, а вся структура может быть имплантирована на поверхность мозга.
Основная идея заключается в том, что нейроны остаются в имплантате, в то время как их аксоны (длинные волокна, проводящие нервные импульсы) и дендриты (разветвлённые структуры, формирующие синапсы с другими клетками) интегрируются с тканями мозга хозяина.
Для проверки эффективности подхода учёные имплантировали устройство мышам, используя нейроны, чувствительные к свету. Спустя три недели после операции, мыши могли определять моменты попадания света на имплантат, что свидетельствовало об успешной интеграции светочувствительных нейронов с родной нервной тканью.
Этот подход имеет существенные плюсы. Во-первых, в имплантат можно поместить гораздо большее число нейронов, чем электродов, и каждый нейрон способен формировать множественные связи. Это значит, что биогибридное устройство может обладать большей пропускной способностью, чем традиционные имплантаты. Во-вторых, такой подход менее травматичен для мозга пациента.
Однако есть и проблемы. Например, спустя 21 день после установки выживало лишь 50% нейронов. Также необходимо решить вопросы совместимости имплантатов с иммунной системой пациента, чтобы избежать негативных реакций организма.
Несмотря на текущие трудности, биогибридные имплантаты могут стать следующим крупным шагом в эволюции интерфейсов мозг-компьютер.
Однако срок службы таких устройств действительно вызывает опасения: через 21 день после имплантации выживают лишь 50% нейронов. Это ключевой фактор, который нужно учесть при дальнейшем развитии технологии. Также компании предстоит разработать способы предотвращения негативного иммунного ответа организма на имплантированный материал, чтобы минимизировать риски отторжения и воспалительных процессов.
Тем не менее, если удастся решить эти технические и биологические сложности, данный подход может стать изящным и безопасным способом объединения человеческого мозга с машиной.
