Kam míří Neuralink? Hlubší zamyšlení nad srpnovým představením nového neurálního rozhraní

Tento text navazuje na článek, který vyšel bezprostředně po nejnovější prezentaci Neuralinku v sobotu 29. srpna 2020 a byl jen rychlým souhrnem novinek a zajímavostí prezentovaných Elonem Muskem a jeho týmem. Nyní bych se chtěl trochu hlouběji zamyslet nad některými změnami architektury a strategií vývoje neurálního rozhraní Neuralinku.

Jak jsem psal minule, prezentace mě trochu zklamala. Byl jsem ale nucen svůj postoj přehodnotit. Přispěly k tomu mimo jiné i zajímavé komentáře čtenářů. Zdá se, že méně někdy může znamenat více. Dnes se tedy pokusím odpovědět na několik otázek, které se nabízejí po zhlédnutí poslední prezentace Neuralinku.

Proč Neuralink nenavýšil počet elektrod a nepokračoval zatím v miniaturizaci implantátu?

Verze rozhraní představená v červenci 2019, nazvaná N1, měla 1024 elektrod. Některé prototypy, které jsme na první prezentaci mohli vidět, jich měly přes tři tisíce. K tomu ještě nedlouho před letošní demonstrací jedna z konkurenčních firem, Paradromics, představila zařízení schopné obsluhovat až 65 000 elektrod! Dalo se určitě očekávat, že Neuralink v nové verzi rovněž nějaké elektrody přidá.

Sám čip N1, představený loni, měl rozměry 4 x 5 milimetrů. Pouzdro, ve kterém měl být implantován do lebky, bylo kruhového tvaru a mělo průměr 8 milimetrů. Nyní Elon Musk ukázal novou verzi, která má průměr 23 mm a tloušťku 8 mm. Nová verze interfejsu je tedy mnohem větší než ta původní. Proč jde Neuralink tímto směrem? Co tím sleduje? Odpověď na tyto otázky prozradil Elon Musk na srpnové prezentaci – společnost v posledním roce měla jednoznačný cíl rozhraní zjednodušit.

Proto Neuralink nacpal celý systém do jednoho pouzdra. To nyní obsahuje nejen mikročip, ze kterého vycházejí vlákna s elektrodami, ale také přidanou vrstvu s různými senzory a potřebnou elektronikou, baterii a vysílač Bluetooth. Odpadá nám tedy ona malá krabička s baterií a vysílačem, která měla být za uchem.

Proč se Neuralink snaží svůj interfejs zjednodušit?

Aby společnost mohla skutečně rozjet vývoj svého rozhraní, potřebuje co nejrychleji začít s testy na lidech. Testování na laboratorních zvířatech je určitě přínosné, ale myslím, že jeden lidský uživatel vydá za spoustu těch zvířecích. A k tomu aby Neuralink začal testovat na lidech, potřebuje fungující hotové kompaktní zařízení a povolení od FDA. Rozpracované polofunkční zařízení s množstvím elektrod jim momentálně nic nedá a získat povolení na testy rozhraní v takovém stavu by se ani nemuselo podařit. Proto teď firma zjednodušuje a proto Musk představil verzi 0.9, což naznačuje, že firma už je velmi blízko verzi 1.0. Tedy té první „produkční“, která bude mít šanci získat povolení od FDA a umožní přistoupit k testům na lidech, což vývoj interfejsu posune o mílový skok dopředu.

Znamená zjednodušení celého systému ztrátu některých jeho funkcí?

Je možné, že ano. Jako příklad můžeme uvést „stackování“ čipů, tedy implantaci a propojení více čipů pro jednoho uživatele. Verze N1 měla umožnit spojení až deseti čipů najednou. Bylo by pak možné implantovat jednomu uživateli více než 10 000 elektrod. První pacienti, podle toho co jsme se dozvěděli na prezentaci v roce 2019, měli mít připojeny implantáty čtyři. Nešlo jen o počet elektrod, ale také o to, aby byly umístěny do různých oblastí mozku. Konkrétně tři do motorické oblasti (kontroluje pohyb) a jeden do oblasti somatosensorické (kontroluje například hmat). To samozřejmě dává smysl – když ovládáte počítač, používáte k tomu ruce, čili pohyb a hmat. Chcete-li počítač ovládat myšlenkami, bude zřejmě vhodné zavézt elektrody právě do zmíněných center. (Pro upřesnění ještě dodám, že s těmi mozkovými centry to není tak jednoduché. Dnes se mluví spíše o doménách, které nejsou tak dobře vymezené, jak se dříve myslelo. Více o tom v našem nedávném rozhovoru s primářem ostravské neurologie MUDr. Janem Rajnerem.

Bude tedy možné implantáty slučovat nebo ne?

Není jasné, zda bude možné „stackovat“ implantáty ve verzi 0.9. Spíše to na prezentaci vypadalo, že ne. Určitě ne s použitím drátků, tak jako u N1. Verze 0.9 je zcela bezdrátová. Na druhou stranu Elon Musk na prezentaci krátce ukázal i prase, které má nainstalovány dva implantáty v současné verzi. Čili může zde existovat nějaká možnost slučování čipů bezdrátově anebo softwarově, v aplikaci, která bude v telefonu nebo počítači. Každopádně o stackování jsme se nic jiného nedozvěděli a můžeme se jen domýšlet, jak to teď skutečně je. Zařízení je samozřejmě stále ve vývoji a je například také možné, že stackování bude umožněno v následující verzi a proto již nyní testují implantaci dvou interfejsů jednomu zvířeti.

A je vlastně slučování potřebné?

Existuje možnost, že stackování interfejsů nebude vůbec potřebné. Elektrodová vlákna současné verze rozhraní mají délku až 43 milimetrů. Sám implantát má průměr 23 milimetrů. Jedním implantátem je tak zřejmě možné pokrýt dost velkou kruhovou část povrchu mozku – kolem 10 centimetrů v průměru. A to jde o rozhraní ve verzi 0.9. Na prezentaci jsme se dozvěděli, že pokud to bude v dalších verzích potřeba, vlákna můžou být ještě delší, tak aby mohla dosáhnout do vzdálenějších oblastí nebo větších hloubek.

Pokud jde o vstupování do hlubších částí mozku, Neuralink to sice plánuje, ale ne v nejbližší budoucnosti. Momentálně systém umožňuje vpichování elektrod do hloubky maximálně 6 milimetrů. Hlubší operace by vyžadovaly také upgrade neurologického robota. Problémem je zde zejména potřeba vyhnout se mnoha vrstvám žilek zásobujících mozek krví.

Má tedy aktuální verze rozhraní funkcí méně či více?

Může to vypadat, že zjednodušení rozhraní bude znamenat omezení jeho funkcí, ale jak jsme se nyní dozvěděli, Neuralink naopak ještě i nějaké funkce přidal. Elon Musk přirovnal interfejs k jakémusi Fitbitu ve vaší hlavě. Tedy chytrým hodinkám s různými senzory a funkcemi. Jde například o čidla pro měření setrvačnosti pohybu, teploty nebo tlaku. Rozhraní by tak mohlo umožňovat sledování zdravotních funkcí uživatele a upozorňovat na eventuální problémy. Musk také tvrdí, že interfejs bude moci přehrávat hudbu přímo do mozku, není ale známo v které verzi, v té současné nejspíš ne.

Vyvíjí Neuralink celé zařízení sám nebo používá i součástky jiných firem?

Rozhraní jako celek je, samozřejmě, vyvíjeno v laboratořích Neuralinku. Mnoho z jeho prvků museli odborníci firmy vyvinout sami, protože podobné produkty na trhu nejsou. Jde například o zesilovače signálů získaných z mozku nebo o výpočetní algoritmy.

Interfejs ale používá také mnoho částí, které již byly dostupné z nositelných zařízení jako hodinky nebo telefony. Jsou to například BLE (Bluetooth Low Energy), mikroprocesory s nízkým výkonem nebo různé senzory.

Bylo jednou z příčin zjednodušení rozhraní jeho problematické napájení?

Osobně si myslím, že napájení rozhraní ve verzi N1 bylo nereálné. Celý systém, skládající se ze čtyř (nebo dokonce až deseti) implantátů s mikroprocesory, měl být zásobován energií z malé krabičky za uchem, ve které měl být ještě vysílač Bluetooth a potřebná elektronika. Myslím, že by baterie vydržela pár minut.

Mám za to, že napájení mohlo být jedním z hlavních motivátorů změn, které Neuralink představil ve verzi 0.9. Zůstal tedy jeden procesor a počet jím obsluhovaných elektrod (1024) se nezměnil. Čili energetická náročnost systému ve verzi 0.9 je mnohem menší a baterie, přenesená do pouzdra implantátu, má vydržet na jedno nabití celý den, podobně jako třeba chytrý telefon.

Jak je testována odolnost implantovaných částí?

Lidské tělo není zrovna přátelské místo pro umělé implantáty. Na rozhraní budou působit různé chemické látky, tlak, mechanické otřesy a vibrace. Podle Elona Muska jedním z největších problémů při vývoji rozhraní je odolnost a biokompatibilita implantovaných částí, zejména elektrod a jejich izolačních vrstev, které musí v mozku vydržet léta nebo i desetiletí v nezměněné podobě. Neuralink proto stvořil speciální laboratoř pro testování používaných materiálů. Ve zkušební komoře napodobují podmínky, ve kterých budou vlákna s elektrodami a testy dokáží i akcelerovat. Některé vzorky již jsou testovány téměř celý rok. Těmito zkouškami prošla také všechna rozhraní, která mají implantována laboratorní prasata.

Je pouzdro implantátu dostatečně robustní, aby mohlo bezpečně existovat v lebce?

Co když se udeříte do hlavy v místě kde máte implantát? Odborníci Neuralinku tvrdí, že to není velkým problémem. Jestliže víte, jaké jsou mechanické vlastnosti lebečních kostí, a víte, jakým způsobem může být zařízení namáháno, je poměrně snadné jej navrhnout tak, aby v těchto podmínkách obstálo.

Pouzdro s elektronikou má být přilepeno k lebce speciálním lepidlem. Elektrodová vlákna jsou dostatečně dlouhá, tak aby umožňovala relativní pohyb lebky a mozku, který plave v mozkomíšním moku.

Jak dodává Elon Musk, prasata jsou vysokoenergetickými zvířaty. S implantovanými interfejsy neustále hlavou narážejí do věcí i do sebe navzájem a nemá to žádný viditelný vliv na jejich zdraví nebo implantáty samotné. Je-li zařízení dostatečně robustní pro prasata, bude také pro člověka.

Proč Neuralink nepoužívá slibovaného laseru pro vrtání do lebky?

Po prezentaci verze N1 v roce 2019 se hodně psalo o tom, že Neuralink má pro vrtání otvorů v lebce začít používat speciálního laseru. Potvrdil to také šéf společnosti Max Hodak v rozhovoru pro The New York Times, o kterém jsme psali v jednom z dřívějších článků. Šlo o eliminování nepříjemných vibrací neurochirurgické vrtačky, což by trochu „zpříjemnilo“ proces implantace rozhraní.

Na poslední prezentaci jsme se však o tomto postupu nic nedozvěděli. Podle zmíněného článku ale pomocí laserů měly být vyvrtávány jen malé otvory v lebce, přes které by pak byla zaváděna do mozku vlákna s mikroelektrodami. Elon Musk ovšem nyní znova potvrdil, že celé pouzdro s elektronikou má být implantováno do lebky, ve které tak musí být vyvrtána dost velká díra. Vypadá to tedy, že laserová vrtačka nebude.

Jak bude vypadat výměna implantovaných rozhraní?

Elon Musk často interfejs Neuralinku přirovnává k mobilním telefonům nebo jiné spotřební elektronice. Nabízí se tedy otázka, jak bude vypadat výměna porouchaného zařízení nebo jeho modernizace na lepší, novější verzi. Většina uživatelů chytrých telefonů vyměňuje svůj přístroj po nějakých dvou letech nebo i rychleji. Málokdo chce používat telefon, který je starší než třeba pět let. Takový přístroj už je prostě zastaralý a pomalý, má malou kapacitu paměti, méně funkcí a designově už taky nevypadá nejlépe. Telefon prostě vyměníte za nový, ale co s přístrojem, který je implantovaný přímo do mozku?

Bude pravděpodobně možné bez problému upgradovat software. To může přinést i určitá vylepšení práce hardwaru. Podíváme-li se na Teslu, která byla schopna pomocí nové verze operačního systému třeba i vyřešit problémy s brzdami nebo zvýšit dojezd, je vidět, že upgrade softwaru může uživateli dát docela hodně.

Výměna samotného hardwaru už ale přináší řadu problémů. Je určitá šance, že Neuralink vezme současnou podobu systému jako standard, kterého se bude alespoň nějaký čas držet, což by mohlo případné výměny značně usnadnit. Spíše to ale vypadá, že design, tvar i rozměry zařízení se budou s jeho vývojem rychle měnit. Potom by byla při každé výměně potřebná komplikovanější operace.

Určitým ulehčením by mohla být možnost vyměnit pouze pouzdro s elektronikou a procesorem, zatímco vlákna s elektrodami zůstanou na svém místě a bude je dále používat nová elektronika. To by rovněž výměnu značně usnadnilo. Co ale když bude potřeba navýšit počet elektrod? Bude možné k již implantovaným elektrodám přidat další nebo bude potřeba všechna vlákna vyměnit? Bude možné nová vlákna implantovat do přesně stejných míst jako ta stará? Pokud bude výměna celková a vlákna budou v jiných místech, uživatel určitě ztratí vše, co se se starým zařízením naučil, protože nová vlákna budou komunikovat s úplně jinými neurony než ta předchozí.

Viděli jsme efektní demo registrace signálů z mozku, ale co se zapisováním do mozku?

Až do poslední prezentace jsme neměli mnoho informací o tom, jak Neuralink testuje komunikaci druhým směrem. Nebylo jasné, zda už je rozhraní schopno stimulovat neurony tak, aby jim to dávalo nějaký smysl. Na poslední prezentaci však Elon Musk shrnul několik informací o tom, jak komunikace směrem do mozku funguje a jak je složité zajistit, aby neurony rozuměly, co jim chceme sdělit.

Pro smysluplné stimulování neuronů je potřeba:

• Precizní kontrola elektrického pole v čase a prostoru.
• Široká škála intenzity proudu pro různé oblasti mozku – některé regiony vyžadují jen jemnou stimulaci, jiné potřebují proudu více.
• Zajistit, aby dlouhodobá stimulace mozku elektrickým proudem nezpůsobila jeho poškození.

Musk také ukázal mikroskopické záběry stimulování konkrétních neuronů. Je tedy jasné, že Neuralink intenzivně testuje také komunikaci ve směru do mozku. Bude to důležité pro využití rozhraní jako sluchové nebo zrakové protézy, pro přemostění poškozené míchy, anebo třeba pro přehrávání hudby přímo do mozku, tak jak o tom mluvil Musk.

Kdy začnou testy na lidech?

V červenci letošního roku byl Neuralink zařazen do programu FDA Breakthrough Devices. Jde o iniciativu americké organizace FDA (Food and Drug Administration), která kontroluje bezpečnost potravin, léků, zdravotnických přístrojů a léčebných postupů. Je to pro Neuralink i určitým oceněním a znamená to, že FDA bere jejich rozhraní jako důležité zdravotnické zařízení, na jehož vývoji chce s firmou úzce spolupracovat. Program umožňuje firmám efektivnější spolupráci s agenturou, rychlejší testování prototypů a zřejmě pak i brzké schválení zařízení k užívání pro lidské pacienty.

Všechna potřebná povolení pro testování na lidech však Neuralink ještě nemá. Aktivně se ale o ně uchází. Elon Musk tvrdil, že testy začnou „brzy“. Konkrétnějšího časového horizontu jsme se však zatím nedočkali. Situaci pravděpodobně může komplikovat také současná epidemiologická situace. Zda tedy dojde k první implantaci lidskému uživateli již letos, tak jak to Musk dříve avizoval, není jasné.

V souvislosti s povolením pro testování a bezpečností implantátu Elon prezentoval ještě jednu zajímavou věc. Neuralink podle něj výrazně překročí minimální požadavky FDA pro bezpečnost. Situaci přirovnal k automobilovému průmyslu a Tesle – je možné vyrábět a prodávat auta, která získají jen jednu hvězdičku v bezpečnostních testech. Tesla však chce být mnohem bezpečnější a tak vyrábí auta, která mají pět hvězdiček ve všech kategoriích. Podobný přístup má Neuralink.

Jak budou vypadat první testy?

Neuralink potvrdil, že prvními pacienty budou ochrnutí lidé s poraněními míchy – paraplegici a kvadruplegici. V plánu je nejprve malá skupina pacientů a intenzivní testy bezpečnosti rozhraní. Teprve po prokázání bezpečnosti a spolehlivosti bude možné rozšířit testovou skupinu.

Aplikace pro učení se ovládání rozhraní Neuralinku:

Prvním využitím bude výlučně ovládání počítače a telefonu, čili ovládání kurzoru a psaní na pomyslné klávesnici pouhými myšlenkami.

Na prezentaci nebylo upřesněno, kde budou testy prováděny, ale předpokládám, že to bude v Kalifornii, nejspíš někde v blízkosti laboratoří Neuralinku.

Proč firmě přibylo za rok jen okolo deseti zaměstnanců?

Přiznám se, že je to pro mě trochu záhada. Na prezentaci v roce 2019 se objevila informace, že ve firmě pracuje kolem devadesáti lidí a že intenzivně hledají další. Po roce jsme se dozvěděli, že počet zaměstnanců se navýšil na přibližně sto a že dále hledají nové talenty v mnoha různých oborech. Přírůstek deseti zaměstnanců za rok, vzhledem k tomu, že Elon Musk tvrdí, že jednou by jich firma mohla mít i deset tisíc, se mi zdá trochu málo.

Důvody můžou být různé. Možná má Neuralink až příliš vysoké požadavky na nové pracovníky? Možná je jeho obor působnosti až trochu příliš kontroverzní? A možná k tomu přispěla pandemie? Neuralink  nedávno rozšířil působnost a začal inzerovat pracovní místa nejen v Kalifornii, ale také v texaském Austinu. Důvodem pomalého růstu zaměstnanecké základny asi může být nedostatek kvalitních talentů v křemíkové Kalifornii, přeplněné rozličnými start-upy i zavedenými firmami.

Bude teď Neuralink konečně více transparentní nebo zůstane dále skoupý na informace?

Zatím jsme se prakticky všechny konkrétní informace o Neuralinku dozvěděli jen ze dvou internetových prezentací a několika tweetů Elona Muska. Není to určitě pro jeho projekty typické. SpaceX, Tesla nebo i Boring Company jsou dost otevřené, mediálně propírané firmy, které mají také svoje velké fanouškovské základny. S Neuralinkem je to jinak. Zřejmě proto, že se jedná o projekt do značné míry kontroverzní. Testy na zvířatech, vrtání do hlavy, čtení myšlenek a tak dále. Etické problémy zde určitě nechybí. Jsem ale toho názoru, že by právě transparentnost firmě v tomto mohla pomoci.

Některé věci nasvědčují tomu, že by Neuralink skutečně mohl začít vypouštět o něco více informací než doposud. Například to, že se konečně objevily nějaké informace na oficiální webové stránce. Na poslední prezentaci jsme poznali několik nových pracovníků. Zdá se, že někteří s již známých zaměstnanců začínají být o něco aktivnější na Twitteru. Úzká spolupráce s FDA by také mohla znamenat více veřejně dostupných informací.

Jaká je budoucnost Neuralinku?

Co si obecně myslím o tom, jak bude vypadat vývoj neurálních rozhraní, jsem sepsal už v jednom z dílů série Neuralink pod lupou.

Jak bude vypadat nejbližší budoucnost vývoje rozhraní Neuralinku, pokud vše půjde podle předpokladů, není úplně těžké odhadnout. Zanedlouho přijdou první testy na lidech. Nějakou dobu potrvá, než Neuralink otestuje všechny potřebné aspekty. Během testů se dost možná objeví potřeba různých úprav některých částí interfejsu. V případě, že testy budou úspěšné, firma rozšíří skupinu testových subjektů.

Vývoj systému bude pokračovat a Neuralink bude uvádět nové verze s novými funkcemi. Zanedlouho se objeví první komerční verze rozhraní. Půjde zatím o zdravotnické zařízení pro ochrnuté nebo jinak postižené pacienty.

Potom – myslím, že dříve než by to dnes kdokoliv čekal – přijde doba, kdy vaše náctiletá dcera nebo váš syn, bude chtít k narozeninám Neuralink, tak jako by dnes mohli za vámi přijít s tím, že by si chtěli nechat udělat tetování nebo piercing. Protože jejich spolužáci už ho přece taky mají, tak proč ne?