Представьте, что вы получили — или родились — с пожизненным заключением без возможности условно-досрочного освобождения. Тюрьмой станет ваше собственное тело. И в этой тюрьме вас могут подвергнуть электрошоку, вызывающему судороги, или кровоизлиянию в мозг, или заткнуть рот, чтобы вы не могли говорить, или заковать в кандалы, чтобы вы не могли двигать руками или ногами, или даже лишить вас самого света.
Но людям, страдающим такими заболеваниями, как эпилептические припадки, инсульты, боковой амиотрофический склероз и слепота, не нужно ничего этого представлять, потому что, независимо от того, насколько высок уровень их жизни во многих отношениях, они ежедневно сталкиваются с этими ограничениями. Теоретически, интерфейсы «мозг-компьютер» (BCI) могли бы стать путем к «условному освобождению», но, по словам Кена Шепарда, одного из ведущих авторов статьи в журнале Nature Electronics «Беспроводной субдуральный интерфейс «мозг-компьютер» с 65 536 электродами и 1024 каналами», современные BCI не являются побегом из тюрьмы для большинства пациентов.
«Большинство имплантируемых систем построены на основе электронного блока, занимающего огромные объемы пространства внутри тела», — говорит Шепард, возглавлявший инженерную часть проекта и являющийся профессором электротехники имени семьи Лау, профессором биомедицинской инженерии и профессором неврологических наук в Колумбийском университете.
Но это не значит, что Шепард не вселяет надежду – совсем наоборот. На самом деле, он входит в группу исследователей из Инженерной школы Колумбийского университета и проекта «Энигма» Стэнфордского университета, чья замечательная новая система интерфейса мозг-компьютер – система биологического интерфейса с корой головного мозга (BISC) – может обеспечить окончательное освобождение.
Толщина устройства составляет всего 50 микрометров — примерно как толщина человеческого волоса. (Колумбийский университет)
Как объясняет главный клинический сотрудник и доцент кафедры нейрохирургии Колумбийского университета Бретт Янгерман, BISC представляет собой значительное улучшение для пациентов, нуждающихся в соматическом облегчении, которое должен обеспечивать интерфейс мозг-компьютер. «Ключ к эффективным устройствам интерфейса мозг-компьютер заключается в максимизации потока информации в мозг и из мозга, — говорит Янгерман, — при этом делая устройство максимально инвазивным с точки зрения хирургической имплантации. BISC превосходит предыдущие технологии по обоим параметрам».
Это объясняется тем, что, в отличие от громоздких контейнеров, описанных Шепардом, тонкий, как бумага, BISC, по словам Янгермана, «можно ввести через минимально инвазивный разрез в черепе и наложить непосредственно на поверхность мозга в субдуральном пространстве». Более того, BISC не имеет ни проводов, ни проникающих в мозг электродов, что снижает «реактивность тканей и ухудшение сигнала с течением времени».
Так в чем же секрет превосходной конструкции BISC? В сверхпроводниках — проверенной технологии и методе производства, которые открывают для BISC будущее массового производства.
«Это стало возможным благодаря полупроводниковым технологиям, — говорит Шепард, — поскольку полупроводники позволяют миниатюризировать компьютеры, уменьшая их вычислительную мощность с размеров нескольких банковских хранилищ до размеров одного кошелька. Теперь мы делаем то же самое для медицинских имплантатов, позволяя сложной электронике существовать в организме, занимая при этом практически нулевое пространство».
Объединяя три полупроводниковые технологии на одном чипе, высокоскоростной и беспроводной BISC представляет собой интерфейс мозг-компьютер на одном кремниевом чипе толщиной всего 50 микрометров. Интегральная схема на основе комплементарной металл-оксидной полупроводниковой (CMOS) с 65 536 электродами, 1024 каналами записи и 16 384 каналами стимуляции занимает менее одной тысячной объема по сравнению с типичными мозговыми имплантатами и, подобно наклеенной марке, может изгибаться, прилипая практически к любой поверхности – в данном случае, к поверхности мозга.
Благодаря своим небольшим размерам и тонкости (несмотря на наличие аналоговых компонентов для записи и стимуляции, а также беспроводной схемы питания и управления питанием, радиоприемопередатчика и цифровой управляющей электроники), устройство BISC размером с почтовую марку можно имплантировать через крошечное отверстие в черепе. Его внешняя релейная станция может подключать BISC к любому компьютеру со скоростью 100 Мбит/с, что в сто раз больше, чем у любого конкурирующего беспроводного интерфейса мозг-компьютер.
Используя модели искусственного интеллекта, BISC декодирует высокоскоростные записи для идентификации движений тела, сенсорной информации, состояний мозга и даже намерений. Как объясняет Шепард: «Интегрировав все на одном кремниевом чипе, мы показали, как интерфейсы для мозга могут стать меньше, безопаснее и значительно мощнее».
Издание New Atlas подробно освещает новые разработки и возможности в области интерфейсов мозг-компьютер (BCI), которая быстро развивается благодаря появлению новых компаний, в том числе Kampto Neurotech, созданной исследовательскими группами Колумбийского и Стэнфордского университетов. Как говорит Нанью Цзэн, основатель Kampto и ведущий инженер проекта BISC: «Это принципиально иной способ создания устройств BCI. Таким образом, BISC обладает технологическими возможностями, которые на много порядков превосходят возможности конкурирующих устройств». В настоящее время Kampto производит BISC для исследовательских целей.
Интерфейсы мозг-компьютер предлагают не только облегчение физических и неврологических нарушений, но и новый, даже превосходящий по своим возможностям, контроль над компьютерами и кибернетическими устройствами. «Это может изменить подход к лечению заболеваний головного мозга, к взаимодействию с машинами и, в конечном итоге, к взаимодействию людей с искусственным интеллектом», — говорит Шепард.
