Exkluzivní rozhovor s českým neurologem o mozku a Neuralinku

Už od začátku psaní série článků o Neuralinku jsem plánoval rozhovor na toto téma s odborníkem z některého odvětví neurovědy. Nyní se mi konečně podařilo zorganizovat schůzku s MUDr. Janem Rajnerem, primářem neurologie Městské nemocnice Ostrava. V oblíbené ostravské kavárně LaPeCo jsme si skoro dvě hodiny povídali o mozku, jeho nemocech, různých operacích, o neurálních rozhraních a samozřejmě také o Neuralinku.

MUdr. Rajner sám sebe označuje za neurologa starší generace. Jak říká: „Začínal jsem v době, kdy hlavním vyšetřovacím nástrojem bylo kladívko a hřebík a pacient se divil, že ho škrábu po patě, abych zjistil, co se děje v jeho hlavě.“ V průběhu své praxe zažil obrovský posun celého oboru. Příchod nových metod zobrazování mozku, jako jsou výpočetní tomografie nebo magnetická rezonance, považuje téměř za zázrak. Neurologie se podle něj za ta léta stala exaktní vědou a posunula se o mnoho dopředu:

Věci, které jsem se já v těch 70. nebo 80. letech učil jako fakta, se později zásadně změnily. Například to, že neurony se v mozku v průběhu lidského života netvoří. Počet neuronů, tedy kolem 100 miliard, byl znám už tehdy. Dalo se to spočítat. Ale říkalo se, že není možné, aby za života vznikaly nové. Vědělo se o tom, že plasticita mozku se mění, čili že nové synapse (spojení mezi neurony) vznikat můžou. Což je také mechanismem paměti. Změny synapsí umožňují zakódování nových informací v určitých částech mozku, hlavně v hipokampu. Později se ale zjistilo, že právě v hipokampu v temporálním spánkovém laloku ten axiom netvoření nových neuronů zřejmě neplatí a můžou zde vznikat nejen nové synapse, ale také celé nervové buňky. Čili i taková pravidla, za jejichž porušení by mě kdysi můj profesor Hanzel v Praze v roce 1978 zřejmě vyhodil od atestace, jsou už prostě neplatná.

ElonX: Víme tedy, že ke vzniku nových neuronů může docházet jen v určitých oblastech, a ne v celém mozku?

Ano, zatím to vypadá, že pouze v určitých oblastech. Pro mě je to opravdu úžasná změna dogmatu, podobně jako třeba Einsteinova teorie relativity. V tom smyslu, že něco může být úplně jinak, než se původně myslelo.

Technologie Neuralinku může také přinést velké změny. Co pro vás znamená vývoj zařízení, které má tak zásadním způsobem ovlivňovat lidský mozek?

Pro mě jako neurologa se představa toho, že se vkládají nějaké čipy do mozku, váže především s otázkou, jaká bude odpověď centrálního nervového systému. Čili jestli to bude akceptovat, nebo to vyloučí. Protože normální je, když se například dělají transplantace, že to, co je cizí, chce organismus odstranit.

Čili implantované části zařízení musí být z materiálů, které mozku nebudou překážet. Neuralink také tvrdí, že důležitá je jejich miniaturizace. Vlákna s elektrodami musí být tak malá, aby byla pro mozek prakticky neviditelná. Otázkou pak je, jak malé je neviditelné pro mozek?

Imunitní buňky, leukocyty, mají mikronové rozměry. Aby si těchto zařízení mozek, nebo lépe řečeno ta imunitní složka mozku, nevšimla, to si snad ani neumím představit.

Elon Musk na prezentaci Neuralinku prohlásil, že „pro neuron je elektrický impuls neuronem”. Je to opravdu tak jednoduché?

Tak jednoduché to skutečně není. Musí jít o takzvaný nadhraniční impuls, čili musí mít určitou úroveň, jinak neuronová synapse nevydá mediátor, čili vzruch se nebude šířit. K tomu ještě neuronů je několik typů, používají různé mediátory a každý může potřebovat jiný elektrický impuls. Dochází k vyhodnocování různých intenzit napětí na membráně neuronu. Takže ve výsledku nejde pouze o složitost na úrovni neuronu a jeho aktivity, která neprobíhá stylem ano/ne, ale také o složitost různých neuronů s různými mediátory.

Neuralink plánuje do mozku zavádět tisíce elektrod. Z anatomie mozku a rozměrů jednotlivých neuronů a elektrod vyplývá, že jedna elektroda nebude číst impulsy z jednoho neuronu, ale v jejím dosahu jich budou přinejmenším stovky, ne-li tisíce. Stejně tak impuls vydaný elektrodou pak bude mít vliv na práci spousty neuronů. Není to problém?

V mozku existují takzvané domény čili navzájem propojené systémy, které mají na starost například určitou část kreativního myšlení. Za mých mladých let se myslelo, že v mozku jsou jistá dobře vymezená centra, která kontrolují specifické činnosti. Například Brocovo centrum ovládá „produkci“ řeči nebo Wernickeovo centrum interpretaci řeči. Pokud se poškodí to první, pacient není schopen mluvit, pokud to druhé, pacient není schopen rozumět, co říkám. Tato regionalizace mozku je stále platná, ale zjistilo se, že právě tato centra jsou součástí větších domén, skládajících se z více menších center a mnoha milionů neuronů. Potom i poškození jiných částí mozku může mít určitý vliv na funkce, o které se primárně starají ta větší známější centra.

Bylo by možné umísťovat elektrody právě do oblastí specifických domén, se kterými chceme komunikovat čili jednoneuronové rozlišení by nemuselo být potřebné. Určitým příkladem by zde mohla být dnes již poměrně rozšířená hluboká stimulace mozku (angl. Deep Brain Stimulation, DBS), která se používá při léčbě Parkinsonovy nemoci. Jde nejčastěji o pouhé dvě elektrody zavedené do specifických regionů hluboko v mozku. Ty pak stimulují poměrně rozsáhlé oblasti, domény. Není zde potřebné žádné vysoké rozlišení. Systém po zavedení umožňuje přivrácení normální schopnosti pohybu pacientům s touto diagnózou. Pokud elektrody stimulují daná centra, pacient je v pořádku. Jsou-li vypnuté, parkinsonický stav se vrací. Zajímavé je zde rovněž to, že cílové oblasti pro zavedení elektrod DBS mohou být u stejné nemoci různé. Nejde o jedno místo v mozku. To také podporuje to, že elektrody musí být zavedeny do okruhu domény, nikoliv do specifické oblasti. Někdy je lepší zavedení do jedné části okruhu, jindy do jiné. Není to vždy stejné místo.

Jsou u nás nějaká střediska, která provádějí implantaci DBS?

Ano, tato léčebná metoda je u nás provozována v Brně a v Praze. Sám jsem byl na několika přednáškách, kde profesoři neurochirurgové prezentovali své pacienty s DBS.

Jak vypadá takový člověk? Je to na něm vidět?

Pacienti mají provrtanou lebku. Elektrody jsou přes otvory zavedeny do mozku. Chirurg musí stereotakticky (prostorově) zaměřit cílové místo, což dnes už je trochu jednodušší díky CT a MRI. Dříve se elektrody zaváděly na základě dobrých anatomických znalostí mozku.

Čili při implantaci neurochirurg prostě propichuje elektrody mozkem do větší hloubky?

Ano. Je to značně invazivní proces.

Neuralink kromě svrchních vrstev mozku bude zřejmě muset některé sondy rovněž zavádět hlouběji. Jak se s elektrodami dostat do center, která jsou hluboko, a přitom nepoškodit mozek?

Neurochirurgové umí vstoupit do cílové oblasti tak, aby minimalizovali dopad na pacienta. Musí obejít velké cévy a žíly a také významnější domény. V mozku ale existují i oblasti, které zřejmě také mají nějaký význam, ale když se poruší, tak se to navenek neprojeví. Určité části mozku jsou pro nás zatím jakoby němé. Těmito oblastmi se pak dá vstoupit hlouběji do mozku.

Neuralink k implantaci svých mikroelektrod používá neurochirurgického robota, který minimalizuje invazivnost celého procesu například právě tím, že se výhýbá mozkové oběhové soustavě.

To je obdivuhodné. Minimalizace invazivnosti je samozřejmě podmínkou k tomu, aby to mohlo k něčemu být. Pokud se například při implantaci vláken vytvoří jizvy v mozkové tkáni, může to způsobovat epilepsii. Jizva může být formou dráždění okolní zdravé tkáně. Takové ložisko pak může působit určitou synchronní aktivitu mozku, což je špatně. Normálně mozek funguje elektricky asynchronně. Synchronizace je poruchou, která vede ke změně vědomí, epilepsii nebo obecně k něčemu nevhodnému pro „majitele“ daného mozku.

Jak dlouho můžou takové elektrody v mozku fungovat?

To je otázka imunity. Mozek si buď na to vlákno zvykne, anebo ne. Příklad hluboké mozkové stimulace ukazuje, že to jde. Elektrody DBS můžou v mozku fungovat roky.

Je zde ale rozdíl v tom, že DBS používá elektrody dvě, kdežto Neuralink jich chce do mozku implantovat tisíce. Jaká jsou rizika implantace DBS pro pacienta?

Každý vstup do mozku je svázán s rizikem zánětu. Operace jsou ale samozřejmě vykonávány v co nejbezpečnějším a nejčistším prostředí. Je zde ale také riziko sekundárního zanícení například bakteriemi, které již pacient měl v těle před operací. Procento rizika komplikací je ale při implantaci DBS velmi přijatelné, protože kvalita života pacientů se v případě úspěchu mnohonásobně zvýší. Musíme pamatovat na to, že Parkinsonova choroba své pacienty prakticky zcela ochromuje.

Neuralink plánuje elektrody implantovat do mozku skrz lebku a mozkové obaly. Jak velkým problémem je vytvoření větších děr v těchto obalech?

Neurochirurgové umí díry v mozkových obalech po operaci poměrně dobře zacelit. Při běžné operaci chirurg odstraní část lebky, přeřízne obaly mozku a pak například odsaje hematom nebo odstraní nádor. Potom vrátí obaly na své místo, sešije je a přiklopí zpět lebeční kost. A to jde o poměrně velké části hlavy, čili přerušení mozkových obalů není problémem.

Jinou komplikací by mohlo být to, že čip Neuralinku má být umístěn nehybně v lebeční kosti nositele, kdežto mozek s implantovanými elektrodovými vlákny, která jsou připevněna k čipu, volně plave v mozkomíšním moku. Nemůže tak dojít k nějakému přemísťování vláken v mozkové kůře nebo poškození mozku vlivem třeba nárazu do hlavy?

Myslím si, že spíše ne. Když už budou vlákna zavedena do mozku, měla by se udržet ve stejném místě. Spíše myslím, že existuje větší riziko, že se kolem těch implantovaných vláken vytvoří jizvy, které pak také mohou překážet v přenášení impulsů mezi elektrodami a neurony.

Systémy podobné Neuralinku, například BrainGate, jsou vyvíjeny už léta a proběhla také řada implantací ochrnutým pacientům, kteří díky nim byli schopni ovládat počítač nebo robotické paže. Jak vidíte možnost testování těchto zařízení na lidech?

Koncepce testů na ochrnutých pacientech mi připadá správná. Ti lidé nemají tolik co ztratit, ale mohou mnoho získat. Přínos takového zařízení pro ně je samozřejmě obrovský. Podobné cíle Neuralinku jsou určitě eticky správné a přijatelné, ale ty dlouhodobější cíle už jsou spíše kontroverzní.

Co by se mi moc líbilo a bylo by obrovským přínosem pro lidstvo, je možnost přemostění přerušených neuronů. Kdyby Muskovo zařízení s mikroelektrodami umožnilo opravy přerušené míchy, to by bylo určitě na Nobelovu cenu. Pomohli by tím tisícům lidí.

Neuralink jako firma ovšem také musí na sebe vydělávat, čili předpokládám, že někdy v budoucnosti, když už bude jejich rozhraní funkční a spolehlivé, ho budou chtít začít prodávat. Představuji si to tak, že pacienti s různými nemocemi si budou moci rozhraní a jeho implantaci zaplatit sami, nebo i třeba prostřednictvím zdravotních pojišťoven.

To je samozřejmě v pořádku. Stejně fungují farmaceutické firmy. Vývoj léků nebo zdravotnických zařízení stojí miliardy dolarů. Taky na sebe nějak musí vydělat. To se někdy populaci špatně chápe, ale dá se tomu porozumět. Každopádně ale bezpečnost musí být na prvním místě.

Jsou firmy, které už nyní testují podobná rozhraní na lidech. Například firma Synchron testuje zařízení Stentrode, které je založeno na zcela jiných principech než Neuralink. Implantuje mřížky s mikroelektrodami do mozkového oběhového systému, čili pak není potřeba neurochirurgie.

V tom případě budou muset zajistit, aby se dané cévy neucpaly. Z toho by mohly být vážné komplikace. Takový systém by určitě zmenšil invazivnost daného rozhraní a odpadají zde také obavy o imunitní reakci organismu po implantaci elektrod do mozku.

Čili z jedné strany se zdá, že systém Stentrode by mohl být méně invazivní, ale ze strany druhé případné ucpání cév může způsobit velké problémy.

Mladí lidé mají bohatý kolaterální systém. To znamená, že zásobení určitých částí mozku je zajištěno z více stran. Čili je zde určitá redundance systému, což by zde bylo k dobru a ucpání cév by se v některých místech neprojevilo. Ale to jde o mladé, starším lidem už krevní systém až tak dobře nefunguje.

Vraťme se ještě na chvíli k vašemu oddělení v Městské nemocnici Ostrava. Jaké u vás používáte zobrazovací metody?

Máme CT, EEG a magnetickou rezonanci. V poslední době je čím dál populárnější mozková sonografie (ultrazvuk). Průkopníkem této metody u nás je například profesor Školoudík, jeden z nejmladších profesorů neurologie. Umí zobrazit určitá jádra v mozku, například v případě Parkinsonovy nemoci, takovým způsobem, že je schopen diagnostikovat tuto nemoc už i nějakých pět nebo deset let předtím, než se u pacienta vůbec projeví nějaké příznaky. Zde by právě byla možnost použití nějakého způsobu neurostimulace, třeba i rozhraní Neuralinku, která by zamezila rozvinutí choroby v budoucnosti. Výhodou sonografie je také to, že jde o neinvazivní metodu, což se o některých jiných zobrazovacích metodách, například o výpočetní tomografii, říct nedá. Ultrazvuk má také poměrně vysoké rozlišení, čili umožňuje vidět i jemné struktury v mozku.

Je podle vás možné zkonstruovat neurální interfejs založený na neinvazivních metodách?

Určité věci, jako třeba ovládat kurzor počítače, je zřejmě možné dělat s použitím EEG, ale myslím si, že to nikdy nebude tak přesné jako invazivní rozhraní.

Facebook nedávno koupil firmu CTRL-Labs, která vyvíjí neinvazivní neurální rozhraní v podobě náramku na ruku. Pomocí elektromyografie (EMG) chtějí snímat elektrické impulsy ve svalech a nervech ruky a díky tomu ovládat počítač.

Elektromyografie je v neurologii celkem běžnou zobrazovací metodou. Pomocí ní se provádějí vyšetření svalů a nervů v nich, ale že by se na tomto principu dalo postavit nějaké propojení s počítačem, to si nedokážu představit.

Elon Musk tvrdí, že v budoucnosti bude implantace jejich zařízení vypadat tak, že ani nebude prováděna v nemocničním prostředí. Sednete si, robot udělá svoje a za hodinu jdete domů s čipem v hlavě.

Není mi jasné, jak by v takovém případě zajistili například čistotu prostředí. Riziko zánětu nebo zanesení do těla něčeho cizího je vysoké. Pro mě je to science fiction, ale zřejmě je možné si něco takového představit.

Myslíte si, že je možná určitá digitalizace lidských myšlenek? Neuralink v podstatě tvrdí, že myšlenku budou moci převézt na jedničky a nuly.

To by mě tedy zajímalo jak? Tady se naskýtá otázka, co je to vlastně myšlenka? Má nějakou materiální povahu? Dá se nějak zobrazit? Nedávno jsem právě tuto otázku o materiální podstatě myšlenky položil jedné své známé, klinické psychiatryni. Složitost jejího vysvětlení mě až zaskočila. Šlo o výklad o jakémsi vícerozměrném holografickém obrazu. Rozhodně to nebylo o nulách a jedničkách.

Mozek funguje díky elektrickým impulsům, které se šíří po neuronových axonech. Na konci axonu jsou synapse čili propojení s jinými neurony. Elektrický impuls vyvolá na synapsi vyloučení mediátoru, který se dotkne sousedního neuronu a spustí v něm další podobný proces. Rozdíl mezi nervovou soustavou a počítačem je v tom, že komunikace neuronů neprobíhá pouze v rovině ano/ne (neboli bitů, jedniček a nul), ale může být vydána pouze určitá část toho impulsu, přenese se jen část mediátoru, která vyprovokuje určitou změnu. Nejde o jedničky a nuly, ale o mnohem složitější řadu. Mluvíme-li o počítačích a umělé inteligenci, právě to, že komunikace v mozku probíhá na mnohem více úrovních než jen nuly a jedničky, se mi zdá jako velká výhoda lidí oproti počítačům.

Možná je potřeba nesnažit se převádět na jedničky a nuly „filozoficky“ pojatou myšlenku, ale spíše jakési její ztvárnění pomocí řeči nebo obrazů, čili umístit elektrody do příslušných mozkových center zabývajících se těmito pochody.

Myslím, že nejjednodušší částí mozku, právě pro převedení na ony jedničky a nuly, bude centrum pohybu. Obraz už bude hodně složitý. Mozkové centrum zraku, takzvaný okcipitální lalok, je dost komplikovaným útvarem. Má například obrovsky významnou oblast, která slouží výlučně pro poznávání lidského obličeje. Zdá se, že nepřiměřeně velké domény v tomto centru se zabývají už jenom tím, jaké jsou vzdálenosti mezi nosem, očima a jinými prvky obličeje, tak abychom se vůbec byli schopni poznat. Vývojově to mělo samozřejmě velký význam v tom, aby například členové nějaké tlupy lidoopů byli schopni rozeznat, kdo patří do vlastní skupiny a kdo ne. Na druhou stranu motorika čili to, jestli pohnu rukou nebo nohou, jsou oproti zraku nebo sluchu primitivní úkony.

Jinou fascinující skutečností v souvislosti s fungováním mozku a myšlení je to, a podotýkám, že to je výzkumem doložený fakt, že existují jakési předimpulsy, které předcházejí našemu jednání. Jestliže chci například udělat nějaký pohyb rukou, jde o určitý elektrofyziologický proces, který můžu změřit a doložit, že proběhl. Ale skutečností je, že ještě dříve, než mě vůbec napadlo tou rukou pohnout, se objevil v mozku určitý „předimpuls“, který vystoupil v čase předtím, než jsem se rozhodl tou rukou pohnout. Jde samozřejmě o milisekundy, ale i tak vyvolává otázku, kdo nebo co vlastně rozhoduje o tom, co udělám? Mám já vůbec nějakou svobodnou vůli? Z toho mrazí v zádech.