نورالینک اولین بیمار انسانی خود را دارد. رقابت واقعی برای واسطهای مغز-رایانه تازه آغاز شده است.
در ۲۹ ژانویه ۲۰۲۴، نورالینک اعلام کرد که اولین بیمار انسانی ایمپلنت تراشه N1 خود را دریافت کرده است — آرایهای از ۱۰۲۴ الکترود که روی سطح قشر حرکتی قرار گرفته است. بیمار، نولند آرباو ۲۹ ساله، پس از یک تصادف غواصی از زیر شانهها فلج شده بود. هشت روز پس از کاشت، او از افکار خود برای حرکت دادن مکاننمای رایانه و بازی شطرنج استفاده میکرد. بعداً او خود را در حالی پخش کرد که بیش از هشت ساعت تنها با دستورات عصبی Civilization VI بازی میکرد.
این اولین نمایش BCI انسانی نبود — این افتخار به محققانی تعلق دارد که دههها پیش تحت مطالعات دانشگاهی آرایههای الکترود را در بیماران کاشته بودند — اما این نمایش با پشتیبانی شرکت ایلان ماسک و ۳۶۳ میلیون دلار سرمایهگذاری خطرپذیر، مرئیترین نمایش بود و فناوری واسط مغز-رایانه را به شکلی به پوشش اصلی فناوری آورد که مطالعات دانشگاهی نتوانسته بودند.
در ماههای پس از آن، BCI از اثبات مفهوم به فضایی رقابتی و شلوغ با چندین شرکت که دستگاههای کاشتهشده را در بیماران انسانی نشان میدهند، تبدیل شد. پرسش فنی — آیا تراشهای در مغز میتواند به فرد فلج اجازه دهد رایانه را کنترل کند؟ — پاسخ مثبت داده شده است. مرز به مسائل دشوارتر تغییر کرده است: دوام الکترود، وفاداری سیگنال در طول زمان، خطر جراحی، و در نهایت، این پرسش که این فناوری اساساً برای چه چیزی باید استفاده شود.
چگونه کار میکنند
BCIهای تهاجمی — نوعی که نیاز به جراحی دارند — از آرایههای الکترود تشکیل شدهاند که درون یا روی قشر مغز قرار میگیرند و سیگنالهای الکتریکی نورونها را ثبت میکنند. هنگامی که نورونها شلیک میکنند، پالسهای الکتریکی کوچکی تولید میکنند؛ الکترودها این پالسها را تشخیص میدهند و نرمافزار پردازش سیگنال، الگوها را به عنوان حرکات مورد نظر، جهتهای مکاننما یا خروجیهای دیگر تفسیر میکند.
تراشه N1 نورالینک از ۱۰۲۴ الکترود در ۶۴ رشته انعطافپذیر استفاده میکند که هر کدام نازکتر از یک تار موی انسان هستند. ربات جراح که رشتهها را قرار میدهد — R1 — آنها را با دقتی طراحی شده برای اجتناب از رگهای خونی وارد میکند که خونریزی و التهاب را کاهش میدهد؛ عواملی که به طور تاریخی کیفیت سیگنال الکترود را در طول زمان تخریب میکردند. تراشه دادهها را به صورت بیسیم ارسال میکند؛ هیچ سیمی از میان جمجمه عبور نمیکند و یک خطر عمده عفونت تاریخی را برطرف میکند.
Synchron رویکرد متفاوتی دارد. دستگاه Stentrode آن از طریق یک کاتتر از ورید ژوگولار به سینوس ساژیتال فوقانی — رگ خونی که در امتداد بالای مغز قرار دارد — کاشته میشود. نیازی به جراحی مغز نیست. الکترودها در داخل دیواره رگ قرار میگیرند، به اندازه کافی به قشر حرکتی نزدیک هستند تا سیگنالهای عصبی را تشخیص دهند. وفاداری سیگنال کمتر از یک کاشت مستقیم قشری است، اما نمایه ایمنی به طور چشمگیری بهتر است: کاشت درونرگی یک روش پزشکی تثبیتشده است، در حالی که جراحی باز جمجمه چنین نیست.
Precision Neuroscience، که توسط یکی از همبنیانگذاران سابق نورالینک تأسیس شده، از روش کاشت متفاوتی استفاده میکند: یک آرایه نازک انعطافپذیر که از طریق یک شکاف کوچک در جمجمه روی قشر مغز قرار میگیرد، بدون نفوذ به بافت مغز. Precision این را Layer 7 Cortical Interface مینامد و از سال ۲۰۲۳ در بیماران جراحی در طی اقدامات برنامهریزیشده جمجمهای قرار داده شده است و دادههای ایمنی در مورد واکنش مغز به قرارگیری الکترود سطحی بدون خطرات جراحی اختصاصی کاشت را جمعآوری میکند.
مشکل دوام الکترود
یکی از مهمترین افشاگریهای اولیه نورالینک این بود که برخی از رشتههای الکترود Arbaugh در هفتههای پس از کاشت از قشر مغز عقبنشینی کرده بودند — پدیدهای به نام "pullback" — که تعداد الکترودهای مؤثر ثبتکننده را از ۱۰۲۴ به چند صد کاهش داد. تیم نرمافزاری نورالینک الگوریتمهای رمزگشایی را برای جبران تطبیق داد و کنترل مکاننمای Arbaugh پس از عقبنشینی با بهبود الگوریتمها واقعاً بهتر شد، اما این رویداد چالش بنیادی حفظ دستگاههای ثبت دقیق در بافت زنده را نشان داد.
مغز در مایع مغزی-نخاعی قرار دارد و با هر ضربان قلب و نفس کمی حرکت میکند. ایمپلنتهای صلب — آرایههای الکترود نسل قدیمی که در جای خود ثابت میمانند و انعطاف ندارند — نسبت به بافت اطراف میکروحرکت دارند که باعث ایجاد اسکار و تخریب کیفیت سیگنال در طول ماهها تا سالها میشود. رشتههای انعطافپذیر نورالینک برای حرکت با مغز طراحی شده بودند تا این اسکار را کاهش دهند. رویدادهای عقبنشینی نشان میدهد که مشکل زیستسازگاری به طور کامل حل نشده است.
رویکرد درونرگی Synchron برخی از این مسائل را دور میزند — دستگاه در یک رگ خونی قرار میگیرد نه بافت مغز — اما معاوضه کیفیت سیگنال واقعی است. تیموتی دیک، بیمار Synchron که Stentrode را در سال ۲۰۲۱ در استرالیا دریافت کرد، تایپ و کنترل تبلت را از طریق دستورات عصبی نشان داده است، اما با سرعتی به طور قابل توجهی کندتر از نمایشهای نورالینک.
آنها واقعاً در حال حاضر چه میتوانند بکنند
BCIهای تأییدشده فعلی میتوانند مجموعهای معنادار اما محدود از کارها را انجام دهند. بیماران فلج میتوانند مکاننماهای رایانه را حرکت دهند، با استفاده از سیستمهای نگاه و انتخاب عصبی تایپ کنند و رابطهای تبلت را با سرعتی قابل مقایسه با یک تایپیست کند (تقریباً ۲۰ تا ۳۰ کلمه در دقیقه برای بهترین سیستمهای فعلی) کنترل کنند. بیماران کنسرسیوم BrainGate در بیمارستانهای دانشگاهی در کارآزماییهای قبلی کنترل مکاننما و حتی حرکت محدود بازوی رباتیک را نشان دادند. نورالینک کنترل مکاننما را با سرعتی نشان داده است که استفاده از رایانه را برای فعالیتهای روزانه واقعاً عملی میکند.
رمزگشایی سیگنالهای پیچیدهتر — گفتار، کنترل حرکتی دقیق، احساسات — عمدتاً تجربی باقی مانده است. یک همکاری استنفورد/نورالینک در سال ۲۰۲۴ نتایجی را منتشر کرد که رمزگشایی گفتار را با سرعت ۶۲ کلمه در دقیقه برای یک بیمار ALS نشان میداد، که به طور قابل توجهی سریعتر از سیستمهای قبلی بود. بیمار میتوانست به روشی ارتباط برقرار کند که برای تبادلات کوتاه شبیه سرعت مکالمه طبیعی بود.
مسیر غیرتهاجمی
در کنار دستگاههای کاشتهشده، یک مسیر موازی از BCIهای غیرتهاجمی سرمایهگذاری قابل توجهی دیده است. Neurosity، بخش تحقیقات متا و چندین استارتاپ در حال توسعه هدستهای مبتنی بر EEG هستند که سیگنالهای عصبی را از طریق جمجمه میخوانند. کیفیت سیگنال بسیار پایینتر است — جمجمه سیگنالهای الکتریکی را به طور قابل توجهی تضعیف میکند — اما نمایه ایمنی به طور پیشپاافتادهای بهتر از جراحی است.
مقاله متا در سال ۲۰۲۳ که رمزگشایی دستخط تصور شده از EEG سطحی را نشان میداد، توجه قابل توجهی را جلب کرد، اگرچه سیستم به دادههای آموزشی قابل توجهی نیاز داشت و در محیطهای محدود بهترین کار را میکرد. کاربردهای عملی برای BCIهای غیرتهاجمی در حال حاضر به رابطهای کنترلی ساده و نظارت بالقوه سلامت روان محدود است، نه ارتباط با توان بالا که دستگاههای کاشتهشده به آن نزدیک میشوند.
چشمانداز اخلاقی
همانطور که BCIها به استفاده بالینی عملی نزدیک میشوند، پرسشهای اخلاقی به جای فرضی، ملموس میشوند. چه کسی مالک دادههای عصبی ثبتشده توسط یک BCI است؟ اگر یک BCI هک شده برای دستکاری کنترل حرکتی استفاده شود، پیامدهای مسئولیت چیست؟ چگونه از بیماران رضایتدهنده تحقیق محافظت میشود وقتی شرکتی مانند نورالینک به طور همزمان یک نهاد انتفاعی با سرمایهگذارانی است که انتظار بازده دارند؟
چهارچوب نظارتی FDA برای BCIها به عنوان دستگاههای پزشکی نیاز به نمایش ایمنی و اثربخشی برای نشانههای خاص دارد — که در حال حاضر بر فلج و ترمیم حرکتی متمرکز است. اینکه آیا و چگونه این دستگاهها ممکن است در نهایت برای تقویت شناختی، افزایش ارتباط در کاربران غیرمعلول یا یکپارچهسازی با دستگاههای مصرفی تأیید شوند، هم از نظر فنی و هم از نظر نظارتی عمیقاً نامشخص باقی میماند.
نتایج نسل اول برای بیمارانی که گزینه دیگری نداشتند، واقعاً چشمگیر است. Arbaugh توانایی کنترل رایانه خود را به عنوان تحولآفرین برای استقلال و کیفیت زندگی خود توصیف کرده است. در آن سطح — بازگرداندن عملکرد از دست رفته به افراد مبتلا به فلج شدید — ارزش فناوری واضح است. هر چیزی فراتر از آن هنوز یک راه بسیار طولانی است.