Мозг-компьютер Интерфейсы размещают электроды рядом с определенными областями мозга, считывая электрическую активность, чтобы преобразовать определенные мысли и намерения в сигналы, которые можно использовать для управления компьютерами, мобильными устройствами и, теоретически, другими вещами, такими как электрические инвалидные коляски и протезы конечностей.
Первоначально они будут продаваться в основном как медицинские устройства, которые могут вернуть общение, взаимодействие, независимость и чувство человечности людям, которые потеряли двигательные функции в результате травм позвоночника, заболеваний двигательных нейронов и других недугов. Но другие с нетерпением ждут будущего, когда их будут имплантировать, чтобы дополнить здоровых пациентов новыми способностями, управляемыми разумом.
Neuralink, Blackrock Neurotech, BrainGate и многие другие компании добились прогресса в разработке имплантов для чтения мозга, которые размещают до и более тысячи электродов непосредственно в ткани мозга для высокоскоростной и потенциально двусторонней связи.
Но для этого им нужно проделать дыру в черепе пациента. Такого рода вещи могут привести к разного рода осложнениям, как медицинским, так и нормативным, и, честно говоря, дырка в голове людям нужна примерно так же, как… ну, то, что им не очень нужно. Кто-то должен придумать аналогию для этого.
Synchron использует другой, очень практичный подход: эта компания разработала «стентрод», который можно имплантировать через яремную вену и направлять через кровеносные сосуды мозга в положение рядом с моторной корой. Здесь он развертывается как обычный саморасширяющийся стент и размещает 16 электродов рядом с определенными областями мозга, которые можно использовать для беспроводного и мгновенного управления устройствами.
Это своего рода лоу-фай подход по сравнению с тысячеэлектродными чипами Neuralink и других конкурентов, но соучредитель Synchron и технический директор профессор Николас Опи говорит нам, что на самом деле это значительное преимущество в наши дни; 10 пациентов, которым уже установили Стентрод, считают его невероятно надежным, они учатся использовать его в тот же день, когда он установлен, и обнаруживают, что он никогда не нуждается в повторной калибровке.
14 июня 2018 г. <р>Тот факт, что любая клиника может имплантировать устройство, а также тот факт, что все устройство полностью имплантировано, и ничего не торчит через кожу, должно сделать это устройство гораздо более простым для одобрения такими органами, как FDA, что потенциально может значительно ускорить путь. на рынок, который, как надеется Synchron, сделает стентрод широко доступным для пациентов с ограниченными возможностями до появления конкурентов.
Имея финансирование в размере около 145 млн долларов США, в том числе организации Gates Frontier и Bezos Expeditions, Synchron работает над ключевыми испытаниями, чтобы устройство было одобрено для медицинского использования.
Мы побеседовали с профессором Опи в австралийском офисе Synchron. Далее следует отредактированная стенограмма того, что он сказал нам.
Содержание
О минимально инвазивном интерфейсе мозг-компьютер Synchron
Проф. Николас Опи: Мы пытаемся создать мир, в котором люди с параличом не будут обременены болезнью. Мы хотим помочь этим людям снова общаться, а в долгосрочной перспективе — быть мобильными и жить независимой жизнью.
Десятилетия работы показывают, что да, вы можете записывать сигналы от моторной коры головного мозга. когда люди думают о выполнении действий, и переводят их в команды, которые могут использоваться внешним оборудованием, таким как компьютеры или инвалидные коляски.
Проблема с технологиями, существующими в настоящее время, заключается в том, что все это исследования — FDA не одобрило использование этих инвазивных устройств. Эти технологии требуют хирургического вмешательства на открытом мозге, чтобы получить доступ к мозгу, а затем разместить электроды непосредственно в мозге или проникнуть в самые тонкие ткани.
Над мозгом есть множество различных слоев, не в последнюю очередь над черепом, которые ослабляют и блокируют электрические сигналы. Так что лучший способ избежать их — попасть под череп. Один из способов — сверлить или распиливать и удалять куски черепа. Мы придумали другой способ добраться туда, используя кровеносные сосуды, чтобы проникнуть под череп, но таким образом, чтобы не требовалось этой инвазивной хирургии.
Томас Оксли из Synchron показывает, как Стентрод вводится через яремную вену с помощью стандартного катетераАдам Гланцман/Synchron
О том, как имплантируется устройство
Мы получаем доступ через яремную вену, а затем используем естественные магистрали тела, чтобы добраться до моторной коры, только через кровеносные сосуды. Когда мы там, мы устанавливаем Stentrode, саморасширяющийся нитиноловый стент-имплантат с 16 электродами, распределенными вокруг него.
Сосудистая система хорошо прорисована. Врачи уже используют подобные процедуры, если у вас закупорка или разрыв сосуда или что-то в этом роде. Существует долгая история установки стентов в кровеносные сосуды, чтобы держать их открытыми. Итак, наша идея заключалась в следующем: как насчет того, чтобы использовать это как метод установления тесного контакта с ключевыми областями мозга и создать интерфейс мозг/компьютер, полностью совместимый с инфраструктурой, оборудованием и навыками, которые уже есть у хирургов.
<р>Инсультные центры есть везде, и их с каждым разом становится все больше. Сейчас у нас есть мобильные инсультные центры в Австралии и в других частях земного шара. Так что все, что нужно для имплантации, в том числе и навыки врачей, уже есть. Некоторые другие технологии должны будут построить свои собственные больницы для выполнения этих процедур; просто пользовались тем, что уже есть. Это дневная процедура, без ночевки или наблюдения.
Мы используем тот же вид саморасширяющихся материалов, что и стент, но мы используем его в качестве каркаса, в который встраиваются электроды. У нас есть очень маленькая трубка, вы можете использовать обычные катетерные системы, чтобы добраться до мозга. Когда катетер удаляют, он расширяется и прижимает электроды к стенке кровеносного сосуда.
Интернет-интерфейс Stentrode для мозга и компьютера у первых двух пациентов-людей
Кровеносный сосуд в верхнем сагиттальном синусе, где мы размещаем наши стентроды, является одним из основных дренажных каналов для головного мозга. Диаметр у этого сосуда довольно большой – от 4 до 7 мм. Наш поводок довольно крошечный по сравнению с некоторыми из толстых и массивных, которые они используют для стимуляции поводков и других вещей.
Мозг довольно хорошо организован. Каждый из электродов предназначен для размещения над разными частями мозга. И точность, которую мы видим от клиницистов, поразительна. Первоначально мы просили их получить его с точностью до 2 мм, но мы видим, что они все время получают его с точностью до полмиллиметра — это более или менее разрешение имеющегося у них сканирующего оборудования, так что они очень, очень хороши.
Как только это развернуто, другой конец провода подключается к устройству в стиле кардиостимулятора, можно сказать, которое находится под кожей в груди. Таким образом, все устройство полностью имплантировано.
О преимуществах использования стента по сравнению с электродами, проникающими в мозг
Одна из проблем с другими технологиями заключается в том, что они имеют открытые детали, провода, кабели и прочее, выходящее из мозга. Большой риск заражения, очевидно, поэтому ни один из пациентов, у которых есть эти системы, не может использовать их дома. Они могут использовать их только в лабораторных или клинических условиях.
Удаление и замена частей черепа… что ж, некоторые компании сделали это с некоторым успехом. Есть несколько историй успеха, в которых все было хорошо. Есть и другие ужасающие истории, когда удаление части черепа и вставка туда металлического имплантата… не идеально.
Мозгу действительно не нравится, когда в него набивают вещи. Это как заноза, ваше тело попытается оттолкнуть ее и вытолкнуть наружу. Задолго до Neuralink многие группы десятилетиями работали с проникающими электродами, и все они столкнулись с одной и той же проблемой.
Для нас кровеносный сосуд все еще хочет отвергнуть наше устройство, но он отвергает его, вдавливая его в стену, и в конечном итоге покрывает его кожей в течение нескольких недель. Это работает в нашу пользу, потому что как бы подталкивает его ближе к мозгу и закрепляет в стене. Таким образом, мы используем реакции организма в своих интересах, и это не препятствует кровотоку.
Стентрод фактически является саморасширяющимся, вводимый катетер стент со встроенными в него электродами и кабелем, выходящим из концаСинхрон
О том, достаточно ли 16 электродов, учитывая, что другие группы рассматривают тысячи
Шестнадцать электродов — это немного по сравнению с некоторыми другими. Вопрос в том, что вы собираетесь с этим делать? Многие пациенты, которые у нас есть на данный момент, хотя у нас их 16, хотят использовать только одного. Они хотят использовать его действительно надежно, безопасно, легко, без какой-либо калибровки. Они хотят, чтобы это работало каждый раз. Им этого достаточно для общения, использования телефонов, использования электронной почты, совершения покупок, онлайн-банкинга и всего такого.
Это зависит от программы и того, что вы пытаетесь сделать, но с помощью одного переключателя или кнопки в сочетании с отслеживанием взгляда, которое могут использовать некоторые люди, они могут перемещаться по экрану и щелкать мышью. Как только вы это сделаете, вы сможете делать более или менее все что угодно на компьютере или смартфоне. Вы можете управлять умным домом, освещением, телевизором и так далее.
Если вы добавите еще несколько переключателей, вполне разумно ожидать, что вы сможете управлять электрической инвалидной коляской; вперед, назад, влево, вправо. Или аналогичным образом, чтобы управлять указателем мыши, если у вас нет возможности использовать отслеживание взгляда. Если у вас есть 10 переключателей, возможно, вы сможете сделать каждый палец, и, возможно, вы сможете использовать клавиатуру намного быстрее.
Когда вы доходите до количества переключателей, которые используют некоторые другие группы, я подозреваю, что оно выходит за рамки того, что пациент на самом деле сможет контролировать. Я имею в виду, что на рояле 88 клавиш и три педали, но вы не говорите о тысячах. Люди не контролируют тысячи переключателей одновременно.
Как только вы достигаете такого числа, оно выходит за рамки людей, намеренно пытающихся управлять переключателями, вы начинаете улавливать подсознательные сигналы и делать выводы о том, что нужно делать. Мы идем на другую сторону, мы хотим, чтобы люди контролировали то, что они делают, нажимали именно тогда и там, где они этого хотят.
Я думаю, что придет время, когда мы начнем наденьте на них больше электродов и датчиков — и вы наверняка сможете получить доступ к разным областям мозга через разные кровеносные сосуды. Но мы подумали, что это лучшая отправная точка.
Стентрод, блок питания и беспроводной передатчик имплантируют под кожу. Рядом находится приемник, способный передавать декодированные сигналы на компьютер, мобильное устройство или что-либо еще. Синхронизация
О том, как пациенты учатся пользоваться имплантатом
Для нашего первого пациента мы действительно не знали, какими будут сигналы. Итак, мы заставили его выполнять все эти разные задачи; попробуйте двигать левой рукой, правой рукой, левой ногой, правой. Мы попытались выяснить, какие из них лучше всего подходят для нас.
Со временем мы поняли, что для нас обычно лучше вставить имплантат и сказать: «Вот экран, попробуйте сделать щелчок». Сбоку есть небольшая полоска, которая говорит им, насколько они близки к тому, чтобы получить это, и, кажется, они работают намного быстрее и лучше, без того, чтобы мы диктовали, как именно они это используют. Часто им очень трудно сказать нам, что именно работает, но как только это работает, мы продолжаем это использовать, и этот сигнал становится более сильным и более дифференцированным от фонового шума, поэтому система продолжает совершенствоваться.
Перевод сигналов мозга
С первым пациентом обучение заняло около 42 дней, потому что мы проводили всевозможные оценки и оценки и не были уверены, как будут выглядеть эти нейронные сигналы. Второму пациенту, я думаю, понадобилось около семи дней. И я верю, что каждый пациент с тех пор заставлял его работать в тот же день, когда он его включил. Они могут использовать его практически сразу.
И его действительно не нужно повторно калибровать в дальнейшем, потому что мы записываем потенциалы локального поля, что является своего рода большой группой синхронизированных нейронных сигналов. Например, если вы записываете активность отдельных клеток с помощью проникающих электродов, мозг немного движется. Клетки немного двигаются. То, что вы записывали вчера или даже сегодня утром, может отличаться от того, что вы записываете сейчас. Поэтому для некоторых из этих систем требуется постоянная калибровка; не для нас.
О ходе испытаний на людях и пути к коммерциализации
Мы завершили австралийское исследование на четырех пациентах с болезнью двигательных нейронов (БДН). Ни у одного из этих пациентов не было серьезных побочных эффектов, и все они могут управлять компьютером с помощью своего разума, используя систему. Затем мы отправились в США и начали предварительное технико-экономическое обоснование с шестью пациентами. Итак, мы объединим эти 10, чтобы закончить предварительное технико-экономическое обоснование. Успех в этом вопросе приведет к базовому испытанию с FDA, а успех в этом ключевом испытании даст нам продукт, который считается безопасным и эффективным и готовым к коммерческому выпуску. Затем врачам будет разрешено назначать его, и оно сможет использоваться сообществом.
Мы обсуждаем с FDA, как будет выглядеть основное исследование, достаточное, чтобы получить достаточные доказательства его безопасности и функциональности. Предостережение в том, что для проведения этих испытаний требуется много времени. Очевидно, что есть период проведения судебного разбирательства, и после окончания судебного разбирательства будет период последующего наблюдения. Я не люблю указывать дату, когда он будет доступен, потому что мы не полностью контролируем этот процесс. Но я бы хотел, чтобы он был завершен через четыре или пять лет.
Блок передатчика имплантирован под кожу грудь, где его можно заряжать без проводов Synchron
О том, что он делает для пациентов на данный момент и что он может сделать в будущем
Простой и надежный подход — это то, к чему мы стремимся. Пациенты, с которыми мы сейчас разговариваем, не думают об управлении сверхсложными технологиями. Они хотят иметь возможность пользоваться телефоном, общаться с друзьями, семьей, опекунами и любимыми. Они хотят некоторой независимости. Им интересно, есть ли способы вернуться к работе, используя текстовые процессоры и тому подобное.
Как только они смогут это сделать, для тех, кто заинтересован, в будущем появятся другие приложения, в которых мы сможем управлять инвалидной коляской или даже более сложными роботизированными руками и конечностями. Но давайте сделаем первую часть и убедимся, что она безопасна, функциональна, удобна и надежна.
Путь для нас состоит в том, чтобы сначала получить одобрение для общения, а затем распространить его. Пока это происходит, мы ведем дополнительные обсуждения с FDA о том, какие меры безопасности им потребуются, и как мы можем доказать, что использование этих устройств безопасно для управления чем-то вроде инвалидной коляски, что, очевидно, сопряжено со своими сложностями и рисками. , как для пациента, так и для окружающих. Мы находимся в начале обсуждения этого. Но у инвалидных колясок всего пять или шесть элементов управления, поэтому нет причин, по которым мы не можем предоставить входные данные для управления инвалидной коляской.
Для пациентов во многом важно просто снова почувствовать себя людьми. На днях я был в доме одного из джентльменов. Он не может говорить, но ему вживлен Стентрод, так что я могу вытащить WhatsApp и начать с ним общение.
И о чем мы говорим? Ну, он мне насрать на Тигров, какой мусор моя футбольная команда! Прошло несколько недель, так что у меня есть, что сказать ему в ответ! Но это просто такие разговоры, общение и смех с людьми. Выключите телевизор, когда решите, что с ваших детей уже достаточно. Расскажите своему опекуну, когда вам больно. Вещи, которые могут быть не нужны для выживания человека, но они заставляют людей чувствовать себя живыми и способными участвовать.
О том, можно ли использовать Synchron Stentrode для аугментации человека, а также в медицинских целях
Все, что можно контролировать с помощью компьютера, можно контролировать с помощью этого. Каждый раз, когда я выступаю на конференции, геймер где-то в комнате спрашивает, можно ли сделать так, чтобы он был быстрее или лучше в своих играх, или чтобы у него был доступ к большему количеству кнопок или что-то в этом роде. И да, это почти мгновенно, вы думаете о том, чтобы что-то сделать, и это приходит.
Но сейчас мы действительно сосредоточены на медицинской стороне, мы не рассматриваем аугментацию человека. Это за пределами нашей рулевой рубки, мы можем оставить это другим ковбоям. Мы хотим помочь обществу, как можем. А вот медицинских технологий предостаточно – взять пластическую хирургию, которая была разработана для лечения ожогов; теперь, вероятно, больше пластической хирургии для людей, которые не нуждаются в ней с медицинской точки зрения, чем для тех, кто в ней нуждается. Чтобы он мог проникнуть в это пространство.
Первоначальные имплантаты более или менее доступны только для чтения. Также возможно снова включить электричество, и есть медицинские причины, по которым вы захотите это сделать. Компания Medtronic, например, проводит стимулирующие электроды через весь мозг, прямо в его середину, и они могут посылать туда объемные электрические импульсы, чтобы остановить людей, страдающих тремором Паркинсона, эпилептическими припадками или некоторыми депрессивными симптомами. . Таким образом, вы можете посылать сигналы в мозг до такой степени. Но попадет ли она на стадию Матрицы, где можно скачать кунг-фу, или как летать на вертолете? На данный момент это не похоже на это, но кто знает!
Даже когда дело доходит до зрительной коры, я работал здесь над проектом бионического глаза. По сути, вам нужно много фосфенов или пикселей, чтобы получить хорошее изображение. И каждый электрод — это один пиксель. Итак, вы можете себе представить, что вы могли бы достаточно легко видеть буквы с размером, может быть, 20, 30 пикселей. Но если вы хотите увидеть лицо, вы встанете на десятки тысяч, прежде чем действительно увидите детали. Это не выходит за рамки возможного, но это другой уровень технического развития. Я думаю, что область движется в этом направлении, и будут устройства для целого ряда различных приложений, и это здорово.
Synchron's Thomas Оксли держит СтентродеАдам Гланцман/Synchron
О Neuralink и других конкурирующих компаниях
Для всех, кто работает в этой области, я думаю, что внимание, которое Элон Маск и Neuralink уделяют этому виду работы, просто фантастическое. Есть много людей, отчаянно нуждающихся в этой технологии, и есть место для более чем одного игрока. Если кто-то другой сможет попасть туда раньше нас, и пациентам будет лучше? Большой! Мы не думаем, что это произойдет. Мы нашли способ сделать его более безопасным, и в настоящее время мы лидируем, но мы мотивированы тем, что помогаем этим людям, и поэтому мы хотим поддержать всех, кто может сделать это.
В США есть пара групп, занимающихся решетками проникающих электродов. Насколько я понимаю, из-за инвазивного характера они получили разрешение FDA на имплантацию на короткий период времени, но его необходимо удалить. Очевидно, вы не можете заставить кого-то сделать операцию, так что это своего рода серая зона, говорящая людям, что им нужно их удалить.
Что касается Neuralink, то от этой компании не исходит никаких рецензируемых исследований или подробной информации, только то, что появляется в Твиттере. Итак, мы знаем, что они получили какое-то одобрение FDA для испытаний на людях, но это очень расплывчато, есть много разных условных разрешений, которые FDA может дать. Поэтому мы действительно не знаем, как далеко продвинулись некоторые из этих групп.
Есть люди, с которыми мы работали в прошлом, они были парализованы и прошли через испытания с использованием устройства с массивом электродов, проникающим в мозг. Они никогда не смогут использовать его дома, они пойдут в лабораторию и воспользуются им, и они почувствуют себя немного воссоединенными. А потом это должно было выйти наружу, и тогда они почувствовали, что снова вернулись к тому, с чего начали. Это может быть разрушительным.
Наш имплантат никогда не нужно удалять, он разработан как постоянный имплантат. Даже в кардиологическом мире, если у них есть стент в сосуде, и этот сосуд снова блокируется, они просто вставляют другой стент и оставляют там старый. Безопаснее оставить один там, чем пытаться удалить его. Мы пойдем тем же путем.
О признании финалистом конкурса European Inventor Awards 2023
Мы только что стали финалистом конкурса Европейского патентного ведомства за нашу технологию. Для нас такие награды — это способ отблагодарить людей, которые участвовали в нашем путешествии. Наш персонал, наши сотрудники и, что более важно, пациенты и их семьи, которые бросили свою шляпу на ринг, чтобы присоединиться к нашим испытаниям, не имея никакой уверенности в том, что это будет безопасно или функционально. К счастью, было и то, и другое, но они сильно рисковали, доверившись нам.
Мы благодарим Николаса Опи из Synchron за его время и помощь в этой истории.
