Čip u glavi: Moždane proteze na korak-dva do komercijalizacije

Prvi pacijent kojemu je početkom prošle godine ugrađen moždani čip Neuralinka, neurotehnološkog startupa u suvlasništvu Elona Muska, tridesetogodišnji je američki kvadriplegičar Noland Arbaugh. Poslije njega još su dvojica dobila moždani čip te tvrtke, a do kraja ove godine planirana je njihova ugradnja u ukupno trideset paraliziranih pacijenata.

Neuralink razvija digitalne uređaje koji pomažu kvadriplegičarima interakciju s digitalnim uređajima s pomoću misli. Riječ je o integriranom sustavu BCI ​(engl. brain-computer interface) tj. sučelju mozak-računalo, za izravnu komunikaciju između mozga i vanjskih uređaja, odnosno uređaju koji prenosi signale moždanih stanica neurona na vanjske uređaje.

No Arbaugh nije prva osoba koja je dobila BCI; paralizirani Amerikanac Nathan Copeland čovjek je s najduljim stažem nošenja moždanog čipa. BCI razvijen u Medicinskom centru Sveučilišta u Pittsburghu već mu devet godina omogućuje da mislima pomiče umjetnu, robotsku ruku. A osim Neuralinka i istraživača po sveučilištima, sad već nekoliko drugih tvrtki užurbano radi na komercijalizaciji BCI-a za pomoć osobama s paralizom, poremećajima mentalnog zdravlja, pa i sljepoćom.

Sljedeće generacije implantanata

Neuralinkovo sučelje mozak-računalo, ​implantat N1, velik je poput novčića. To je invazivno sučelje mozak-računalo koje kirurg s pomoću robota ugrađuje u ljudski mozak postavljajući ispod vlasišta mikroskopske niti koje sadržavaju tanke elektrode. Nevidljiv je i može se upotrebljavati bez ikakvih fizičkih priključaka na vanjske uređaje. Kad se N1 implantira u mozak, primjerice u dio koji kontrolira ruku i aktiviraju se neuroni u tom području, signali se mogu prenijeti na računalo.

Ta moždani čip testiran je na ljudima kojima je ozlijeđena leđna moždina i onima s degenerativnim neurološkim bolestima kojima je oštećena veza između mozga i tijela. Ugrađuje se u dio mozga povezan s motoričkom kontrolom kako bi pacijenti mogli kontrolirati računalne kursore (ili robotske ruke) vlastitim mislima. Prije nego što je ugrađeno u ljude, Neuralinkovo sučelje mozak-računalo testirano je na životinjama i pokazalo se djelotvornim.

Elon Musk suosnovao je Neuralink 2016. sa sedam inženjera kako bi razvio sučelja mozak-stroj. Najbogatiji čovjek na svijetu uložio je sto milijuna dolara u osnivanje tvrtke koja danas, nakon što se sučelje mozak-računalo pokazalo uspješnim, vrijedi osam milijardi dolara. Primjerice, Arbaugh, koji je ostao paraliziran nakon ozljede na plivanju, poslije ugradnje moždanog čipa uspješno je igrao šah i videoigre.

No kako ništa nije vječno, tako i moždani čip ima rok trajanja, odnosno njegove niti s vremenom olabave. Ipak, nova operacija i ugradnja novoga čipa nisu bile potrebnejer je stari softver vraćen na prvobitne postavke.

Poučeni prvim iskustvom, Neuralinkovi inženjeri osmislili su novo rješenje: drugom i trećem pacijentu postavljene su niti dublje u mozak, čime se izbjeglo njihovo rastezanje tijekom operacije. Ime drugog pacijenta, kojemu je moždani čip ugrađen u srpnju prošle godine, nije objavljeno, no poslije ugradnje igrao je videoigre i učio upotrebljavati softver za računalno potpomognuto dizajniranje za stvaranje 3D objekata. Iako Neuralink nije objavio ništa o trećem implantatu, Musk je izjavio da 'svi dobro rade'.

Rok trajanja

Također je izjavio da je kompanija nadogradila uređaj s više elektroda, većom propusnošću i duljim vijekom baterije, no pitanje je koliko će dugo Neuralinkovi moždani čipovi raditi nakon ugradnje.

– Pratim dugovječnost – hoće li raditi za pet ili deset godina? Slični uređaji obično su otkazivali nakon dvije-tri godine, no Neuralinkove ultra tanke niti i izbjegavanje krvnih žila pri umetanju u mozak mogli bi povećati trajnost uređaja – izjavio je Bradley Greger, profesor neuronskog inženjerstva na Državnom sveučilištu u Arizoni.

Tri Neuralinkova implantata dio su studije Prime u kojoj sudjeluju osobe u dobi od 22 godine i starije s kvadriplegijom, ograničenom funkcijom ruku i nogu zbog ozljede leđne moždine ili amiotrofične lateralne skleroze (ALS). Ta studija procjenjuje sigurnost moždanih čipova. Neuralink od rujna prošle godine provodi i studiju Convoy koja će istražiti proširenje mogućnosti korištenja moždanih čipova.

Prema Muskovim riječima, tvrtka namjerava uskoro predstaviti i Blindsight, uređaj za vraćanje vida slijepim osobama koji će se izravno povezati s vizualnim korteksom (moždana kora) u mozgu i pomoći im vidjeti. Blindsight je u rujnu prošle godine dobio od američke Uprave za hranu i lijekove (FDA) oznaku revolucionarnog uređaja.

Svjetlo za slijepe i tjeskobne

Dok Neuralinkove studije Prime i Convoy rabe implantate za snimanje električne aktivnosti u mozgu i njezino pretvaranje u signale, uređaj Blindsight stimulirao bi mozak električnom energijom kako bi slijepim pacijentima pružio dovoljno svjetlosnih točaka za stvaranje grube slike. Postoje naznake da bi se Neuralinkova tehnologija sučelja mozak-računalo mogla primjenjivati i u liječenju anksioznosti, depresije i posttraumatskog stresnog poremećaja stimulacijom živaca, no nisu svi time oduševljeni.

Neki stručnjaci tvrde da će liječenje takvih stanja invazivnim neuroimplantatima biti neučinkovito jer te bolesti ne utječu samo na jedno područje mozga. U travnju ove godine imao je Neuralink ukupno 61 patent, a cilj je kompanije da njezini implantati omoguće ljudima upravljanje mišom, tipkovnicom ili drugom tehnologijom s pomoću mozga koristeći se neuronskim impulsima kao podacima. Neuralink nije jedina kompanija u svijetu koja se bavi inovacijama sučelja mozak-računalo.

Pretvorba misli u rečenice

Meta, kompanija u vlasništvu Marka Zuckerberga, radi na razvoju alternativnih uređaja invazivnim moždanim čipovima. Njezini istraživači stvorili su model umjetne inteligencije Brain2Qwerty koji može razumjeti što osoba misli i pretvoriti njezine misli u rečenice.

Tvrde da je njihov model korak prema razvoju neinvazivnih sučelja mozak-računalo jer isključuje rizik kakav nosi ugradnja invazivnih uređaja u ljudski mozak. Postojeći uređaji mogu vratiti komunikaciju pacijentima koji su izgubili sposobnost govora ili kretanja, ali ne isključuju rizike tijekom operacije prilikom ugradnje u mozak.

Metini istraživači proveli su dvije odvojene studije. Prva se bavila pretvaranjem moždanih signala u riječi, u kojoj je Brain2Qwerty bio 68 posto točan u predviđanju slova koja su sudionici upisali. U drugoj studiji istraženo je kako mozak oblikuje jezik tijekom tipkanja i prikupljeno je tisuću snimaka moždane aktivnosti u sekundi. Te su snimke korištene za mapiranje načina kojim mozak oblikuje rečenicu.

Istraživači su otkrili da mozak odvaja riječi i slova s pomoću dinamičkog neuronskog koda koji mijenja način i mjesto pohrane informacija. Iako Brain2Qwerty može dekodirati ljudske misli s velikom točnošću, još treba raditi na njegovu razvoju.

Pomicanje kursora

No od Neuralinka i Mete zasad je uspješnija američka kompanija Synchron, koja se također bavi BCI-em, a čiji su investitori Jeff Bezos i Bill Gates. Synchron je, navode, svjetski lider u BCI-u jer trenutačno provodi ispitivanja na deset osoba s moždanim čipom, šest u Americi i četiri u Australiji, a Neuralink zasad samo na tri. Osim toga, prema američkoj bazi podataka studija, u tijeku je više od četrdeset pet istraživanja sučelja mozak-računalo.

– Mnogi istraživački laboratoriji pokazali su da ljudi mogu precizno kontrolirati računalne kursore pomoću BCI-ja – izjavio je Rajesh Rao, direktor Centra za neurotehnologiju na Sveučilištu Washington u SAD-u.

No, prema njegovim riječima, Neuralink je jedinstven zato što je pri operaciji prvi put korišten robot za implantaciju fleksibilnih elektrodnih niti u ljudski mozak za snimanje neuronske aktivnosti i upravljanje uređajima. Osim toga, te niti mogu snimati s više neurona nego druga sučelja.

Ipak, njegovi konkurenti poput već spomenutoga Synchrona te Blackrock Neurotecha i Onward Medicala već provode ispitivanja BCI-a na ljudima koristeći ili manje invazivne metode ili svestranije pristupe koji kombiniraju neuronsko snimanje sa stimulacijom.

Europski pothvati i kineska postignuća

Ponešto rade i europski znanstvenici. Primjerice francuski startup Inclusive Brains razvija neinvazivno sučelje mozak-računalo za poboljšanje uključivosti na radnome mjestu i pomoć mentalnom i fizičkom zdravlju ljudi. Osim toga, prije dvije godine paralizirani muškarac iz Nizozemske ponovno je prohodao nakon što su mu francuski i švicarski istraživači ugradili dva implantata kako bi obnovili komunikaciju između njegova mozga i leđne moždine.

Ni kineski istraživači ne zaostaju za američkim. Kineski institut za istraživanje mozga i državna kompanija NeuCyber ​​Neurotech potkraj ožujka ove godine na tehnološkom forumu Zhongguancun u Pekingu predstavili su moždani čip Beinao1, poluinvazivni bežični implantat. Već je ugrađen u mozak troje pacijenata, a još deset ih čeka operaciju, što znači da će ih tijekom ove godine ugraditi ukupno trinaest.

No kliničko ispitivanje planirano je tek za 2026. i bit će provedeno na pedeset pacijenata. Kompanija je ​​objavila da je već razvila i Beinao2, invazivni čip koji je uspješno testiran na majmunu koji je nakon ugradnje mogao kontrolirati robotsku ruku. NeuCyberaov je cilj učiniti Beinao1 moždanim čipom s najviše pacijenata na svijetu i prestići vodeće svjetske kompanije u toj tehnologiji. Novca za to ima – NeuCyber ​​​u vlasništvu je ​ kompanije Zhongguancun Development Corporation koja je 2023. ostvarila prihod veći od milijarde dolara.

Regrutiranje ispitanika

Međutim, sva ta testiranja na ljudima trebaju i odobrenje određenih institucija. Američka agencija za hranu i lijekove (FDA) uključena je u proces istraživanja visokorizičnih uređaja, od regrutiranja pacijenata do testiranja uređaja i analize podataka. Kardiologinja na Sveučilištu Kalifornija u San Franciscu dr. Rita Redberg, koja proučava visokorizične uređaje, izjavila je da sva istraživanja koja uključuju ljude trebaju institucionalni odbor za reviziju koji može biti i neovisni etički odbor.

Članovi moraju uključivati ​​barem jednog neznanstvenika, kao i nekoga tko nije povezan s institucijom ili organizacijom koja je u odboru. Sve američke kompanije koje trenutačno provode znanstvene studije i testiraju sučelje mozak-računalo imaju regulatorna odobrenja. Budu li, primjerice Neuralinkova ispitivanja za implantat N1 uspješna, konačno odobrenje američkog FDA-a značit će da će taj moždani čip postati komercijalno dostupan paraliziranim osobama.