Lex Fridman: Neuralink a budoucnost lidstva, 2. část – DJ Seo (2/2)

Druhou z pěti osobností Neuralinku, které vyzpovídal Lex Fridman ve svém rekordně dlouhém podcastu byl DJ Seo, spoluzakladatel, viceprezident a výkonný ředitel společnosti. V rozhovoru šli oba aktéři opravdu do hloubky. Tohle je jeho druhá, závěrečná část, první si můžete přečíst zde. Méně zajímavé pasáže byly vypuštěny. Na konci článku si krátce okomentujeme některé nejasnosti.

Proč Neuralink řeší většinu vývoje a výroby sám

Lex: Zdá se, že vývoj vašeho rozhraní je organizován tak, aby bylo po cestě možné řešit jeho různé problémy. Jako například vysouvání vláken nebo Nolandův problém s posunem kurzoru, o kterém mluvil ve svých streamech (psali jsme o něm zde).

DJ: Snažíme se dělat většinu věcí sami. Zde je několik příkladů:

• Elektrodová vlákna vyrábíme sami.
• Implantační jehly robota také děláme sami (více zde).
• Celého robota vyvíjíme sami (více zde). Robotova přesnost je tak trochu šílená. Není to snadné – momentální verze váží asi tunu, protože musí být extrémně odolná vůči vibracím prostředí. Pracujeme na nové verzi, která je lehčí a snáze se transportuje, protože přemísťovat tunového robota na operační sál taky není snadná záležitost.
• Vyvíjíme také náhražky tkání a celých hlav „pacientů“. Nacvičujeme na nich operace. Jedná se o 3D tištěné lebky s hydrogelovou směsí syntetického polymeru, která napodobuje mechanické vlastnosti mozku. Mají také přesně imitovanou vaskulaturu osoby, které se chystáme zařízení implantovat. Čili nacvičujeme na kopii konkrétní osoby mnohokrát před samotnou operací. Každý krok celé operace. I s tím, kde kdo stojí na operačním sále. Máme také modelový operační sál. Je to jako taneční zkouška, kde přesně víme, kdy budeme stát na kterém místě, a cvičíme to znovu a znovu s přesnou anatomií někoho, na kom budeme operovat.

Bezpečnost

Lex: Jak víte, že je vaše rozhraní bezpečné?

DJ: Nejlepším způsobem kontroly je důkladná inspekce tkáně. Zjišťujeme, jaké trauma jsme tkáni způsobili a zda to nevyvolalo nějaké anomálie chování. Máme celé oddělení patologie, které zkoumá řezy tkáně. Samozřejmě je k tomu nutné některá ze zvířat utratit, odebrat u nich vzorky mozkové tkáně a prozkoumat, jaký druh reakce jsme elektrodovými vlákny vyvolali. Je to procedura, kterou vyžaduje agentura FDA pro vyhodnocování bezpečnosti implantačního mechanismu a vláken.

Lex: Myslím, že Matt MacDougall řekl, že vaše bezpečnostní standardy jsou mnohem vyšší než u některých běžně prováděných operací.

DJ: Působíme v prostředí, které je vysoce regulované vládními agenturami. Každý zdravotnický prostředek je důkladně prověřován, než se dostane na trh. Je dobré mít zde vysoké standardy. Zatím jsme s výsledky našich patologických testů extrémně spokojeni. Naše vlákna a jejich implantace nevyvolávají prakticky žádnou reakci organismu.

Lex: Na co se díváme? (jde o první ze dvou obrázků řezů mozkovou tkání výše)

DJ: Je to obraz obarvené tkáně. Řez tkáně ze zvířete, které mělo implantát po dobu 7 měsíců. Každá barva označuje konkrétní typ buňky. Fialová a růžová jsou astrocyty a mikroglie. Mozek není složen jen z neuronů a axonů. Existují další buňky, jako jsou gliové buňky, které jsou druhem „lepidla“ a reagují, pokud dojde k nějakému traumatu nebo poškození tkáně. Hnědé jsou na obrázku neurony. Takže vidíme makro obrázek, ve kterém můžeme najít malé bílé kroužky, které zvýrazňují místa, kde jsou vlákna s elektrodami. Když přiblížíme jedno z nich (na obrázku je přiblížení vpravo nahoře), uvidíme průřez vláknem, ve kterém můžeme rozlišit oněch 16 drátů, z nichž každý vede k jedné z elektrod. Neuvěřitelnou věcí je zde skutečnost, že můžeme vidět neurony (hnědé), které se přímo dotýkají vlákna a přiléhají k němu. To ukazuje, že během zavádění není způsobeno v podstatě žádné trauma.

Úplně jinak je tomu s rozhraními jako Utah Array, která způsobují smrt neuronů a velké imunitní reakce ve tkáni. Nejen, že zabíjejí neurony, ale také mikroglie a astrocyty vytvářejí ochrannou vrstvu kolem elektrod, která pak znemožňuje zaznamenávání nervových signálů, protože zvětšuje vzdálenost mezi elektrodami a neurony.

Musím dodat, že tento obrázek byl kolorován – jedná se o multiplexní barvení. Jsou použity speciální proteiny, které různým strukturám dávají různé barvy. Používáme standardní sadu barvicích technik – HG, EB1, newN a GFAP.

Pokud přejdeme k dalšímu obrázku (druhý v galerii výše), vidíme zde jiný obarvený řez tkání, který také vznikl v naší histologické laboratoři. Modrá barva zde ukazuje kolagenové vrstvy. Ty jsou kolem vláken nežádoucí, protože by to znamenalo, že se zde vytvořila jizvová tkáň. Kolem vláken nevidíme žádnou modrou barvu, což znamená, že nedošlo k žádnému nebo jen velmi minimálnímu, nezjistitelnému poškození. Myslíme si, že je to především kvůli malým rozměrům vláken a skutečnosti, že robot R1 se vyhýbá vaskulatuře. Imunitní reakce organismu byla v podstatě eliminována.

Upgrady implantátu

Lex: Jak snadné a bezpečné je vyjmout implantát z hlavy?

DJ: Záleží na tom kdy. V prvních třech měsících po operaci probíhá modelace tkáně. Podobně jako když máte řeznou ránu, tvoří se jizva. Později se změní na strup a můžete ho strhnout. Neomembrána, která se v mozku vytvoří, je docela snadno vytažitelná a během toho je způsobeno minimální trauma. Jakmile se však vytvoří pevnější jizvová tkáň, vlákna se v ní ukotví. Domníváme se, že to je důvod, proč se Nolandova vlákna přestala vysouvat. S časem je těžší vlákna vytáhnout. Takže naše současná metoda odstranění zařízení spočívá v ustřihnutí vláken a vyjmutí implantátu. Do otvoru v lebce se dá buďto nový implantát, nebo plastová náhražka. Odstřihnutá vlákna zůstávají v mozku.

Lex: Je bezpečné je tam nechat navždy?

DJ: Myslíme si, že ano. Máme zvířata, kterým jsme je tam nechali. Jednou z obav je, aby se nepřemístila někam, kde by neměla být, ale zdá se, že zůstávají na místě. Jakmile se vytvoří jizvová tkáň, ukotví se.

Musím dodat, že když mluvíme o upgradech rozhraní, není to jen teorie. Ve skutečnosti jsme takový upgrade provedli už mnohokrát. Většina našich opic má druhý implantát. Pager z našeho videa má nejnovější verzi zařízení už 2 roky a je zdravý a šťastný.

Lex: Jak bude vypadat procedura upgradu rozhraní v budoucnosti? A jak by eventuálně vypadala u Nolanda?

DJ: Nolandovi bychom vlákna buď ustřihli, nebo je extrahovali v závislosti na aktuální situaci. Pokud bychom je dokázali vytáhnout, měli bychom k dispozici neporušený mozek a mohli implantovat nová vlákna s lepším implantátem.

Existuje také několik dalších způsobů, jak může upgradovatelný systém v budoucnu vypadat. V současné době pro implantaci odstraňujeme tvrdou plenu mozkovou, ale hledáme způsoby, jak vlákna implantovat přes ni. Museli bychom z toho důvodu vyřešit řadu problémů, jako například pronikání jehlou přes plenu, čili teď zkoušíme různé návrhy designu jehly a mechanismu zachytávajícího smyčky vláken. Tvrdá plena je také docela neprůhledná, takže musíme najít nějaký způsob, jak se i tak vyhnout vaskulatuře pod ní. Musíme k tomu najít vhodné zobrazovací metody. První testy ukazují, že implantace přes tvrdou plenu by měla způsobovat minimální zjizvení a vlákna by se časem mohla dát mnohem snáze vytáhnout.

Další věcí, o které uvažujeme, je zásadní změna v architektuře implantátu. V současnosti se jedná o monolitické zařízení spojené s vlákny. Dokážeme si však představit implantaci dvou částí, spodní část s vlákny, čipy, rádiem a zdrojem energie a druhá část s výpočetním procesorem a větší baterií. První část může být pod tvrdou plenou, druhá nad ní. Upgradovala by se část výpočetní a šlo by o mnohem jednodušší operaci proveditelnou za nějakých 10 minut. Stejná vlákna by byla znovu použita.

Budoucnost

Lex: Jaká je cesta ke zvýšení počtu vláken? Je to priorita? A jak velká technická výzva to je?

DJ: Ano, je to priorita. Pro další verze implantátu plánujeme navýšení ze současných 1000 na 3000, možná dokonce 6000 do konce letošního roku. A koncem příštího roku se chceme dostat na 16 000. Je s tím spojeno několik technických výzev. Jednou z nich je foto-litografická výroba drátků do vláken. Ty momentálně mají tloušťku 2 mikrony, ale budou muset být tenčí, protože ve vlákně jich bude mnohem více.

Druhým je spotřeba energie. Ta se nemůže příliš zvýšit, protože máme pořád stejnou baterii a nechceme zkracovat dobu používání. Musíme tedy optimalizovat obvody.

Dalším je propustnost Bluetooth. Při větším počtu vláken máme mnohem více zaznamenaných vzruchů, které je potřeba poslat do externího zařízení. Potřebujeme proto také zlepšit zpracování signálů.

Velkým problémem také pravděpodobně bude fyzické připojení elektrodových vláken k implantátu. Jde o velmi hustou síť konektorů na malém prostoru.

Další velkou výzvou, kterou máme, je vytvoření hermetické bariéry. Mozek je drsné prostředí. Snaží se zničit vaši elektroniku. Z implantátu také mohou unikat substance, které nechcete mít v mozku.

Lex: Jak zařízení testujete? Jak simulujete mozek?

DJ: Máme zrychlený tester životnosti, takový laboratorní mozek. Lidský mozek je v podstatě slaná voda. Do testeru můžeme dát i nějaké další chemikálie, které se snaží implantát zničit. A můžeme zvýšit rychlost stárnutí implantátu pouhým zvýšením teploty. Každých 10 stupňů Celsia zrychlíme čas dvojnásobně. Zvyšování však má své meze, takže zvyšujeme teplotu o 20 stupňů Celsia, což zrychluje stárnutí čtyřikrát. Zkoumáme pak jestli jsou implantáty a vlákna neporušená a funkční. Samozřejmě to není 100% stejné prostředí, protože mozek má i svoje biomechanické vlastnosti, ale je to dobré testovací prostředí. Implantáty takto testujeme již 2,5 roku, což odpovídá deseti letům. Zdá se, že jsou stále v pořádku.

Lékařské implantáty jsou obvykle uzavřeny v titanu, který je svařen laserem. My používáme polymer zvaný PCTFE, který se běžně používá v blistrech na tabletky. Nikdo kromě nás tento materiál tímto způsobem nikdy nepoužil. Důvod, proč jej používáme, je ten, že je elektromagneticky transparentní. Je to kvůli indukčnímu nabíjení. Pokud bychom chtěli něco takového dělat s titanem, museli bychom na implantát přidat safírové okno a takový proces by pak bylo velmi těžké rozšířit na větší měřítko.

Lex: Je možné mít více implantátů?

DJ: To je náš cíl. Některé naše opice měly 2 neuralinky. Jeden v každé mozkové polokouli. Je možné mít jeden v motorické oblasti, jeden ve zrakovém centru a další kdekoliv jinde.

Lex: Liší se nějak implantáty pro Telepathy (ovládání počítače) a pro Blindsight (připravovaná zraková protéza)?

DJ: Rozhodně. Aktuální verze N1 je zaměřena na dekódování záměrů pohybu z motorické oblasti, čili na čtení z mozku. Blindsight bude specializovaný zápis do mozku. Snažíme se vyvinout zobecněné neurální rozhraní. Je to i určitá strategie, jak přistupovat k FDA při našem snažení o uvedení rozhraní na trh. Robot může implantovat elektrody do jakékoliv části mozku. Stejně tak implantát lze umístit kdekoliv. Strávili jsme mnoho let testováním a dokazováním agentuře FDA, že je celý systém bezpečný. Teď když chceme rozhraní použít k něčemu trochu jinému, stále k tomu používáme ten samý hardware i postupy. Čili diskuze s FDA je potom zaměřena už jen na to, jaké jsou rozdíly a jejich důsledky pro bezpečnost.

Lex: Jaké máte výzvy při vývoji zrakového implantátu?

DJ: Jde hlavně o zápis do mozku místo čtení z něj. Jsme už ale roky schopni stimulovat neurony naším hardwarem. U Nolanda je funkce zápisu vypnutá, protože není potřebná.

Pokud jde o to, jak v mozku funguje zrak: Fotony vletí do oka. V něm se nacházejí specializované světločivné buňky, které přeměňují energii fotonů na elektrické signály. Obraz je pak „promítnut“ do zadní části vaší hlavy, kde je zrakové centrum.

Ve skutečnosti existuje mnoho forem slepoty a v USA je asi milion lidí, kteří jsou právně slepí. Někteří například z důvodu degenerace sítnice. Celý zbytek systému zraku mají naprosto v pořádku. Tito lidé nepotřebují elektrody v mozku, ale retinální protetická zařízení, která pouze nahrazují funkci sítnice. Mnoho společností už na tom pracuje. Pokud však je v popsaném obvodu nějaké poškození, protetika sítnice nebude fungovat. Zde jsou nutné elektrody.

Bude k tomu potřebná externí kamera, která zachytí obraz. Ten pak bude převeden na elektrické impulzy, které elektrodová vlákna zavedou do zrakového centra. Jeho stimulováním se vytvářejí takzvané fosfeny, což jsou viditelné bílé tečky, které se dají vytvořit také stisknutím oka. Můžou fungovat jako jednotlivé pixely na obrazovce. Pokud jich máte mnoho, dá se s jejich pomocí vytvořit obraz z kamery. Nejprve okraje věcí a v dlouhodobém časovém horizontu přirozené vidění. Systém je možné také podpořit algoritmem detekce objektů běžícím na kameře.

V současné době jsme limitováni naší biologií. Vidíme pouze velmi malou část spektra elektromagnetického záření, ale s kamerou a neurálním rozhraním by bylo možné vidět v infračerveném, ultrafialovém nebo jakémkoliv jiném pásmu. Neuralink zde může jít za hranice biologie.

Lex: Nechal by sis sám implantovat zařízení Neuralinku?

DJ: Rozhodně. Možná ne hned teď, ale jednou určitě.

Lex: V jakém momentu asi začneš závidět vašim uživatelům jejich implantát?

DJ: Myslím, že i naši první účastníci se dostanou na 15, 20 nebo i třeba 100 BPS (bity za sekundu, jednotka měřící efektivnost nebo přenosovou rychlost rozhraní). Nic nám nebrání toho dosáhnout. To už bych jim určitě záviděl.

Lex: Moc se mi líbí, jak se Noland u testů baví.

DJ: Je úžasné, že je schopen ovládat počítač a přitom s někým mluvit nebo dělat ještě něco jiného. Multitaskuje a nemusí se na to vůbec soustředit. S jinými asistenčními technologiemi tohle není možné.

Lex: Jeho celkové BPS je ve skutečnosti mnohem vyšší, protože ovládá počítač, mluví, rozhlíží se kolem a tak dále. Paralelně provádí mnoho věcí najednou.

DJ: Ale pokud chce dosáhnout vysoké úrovně BPS implantátu, musí se na to soustředit.

Lex: Jsem opravdu ohromen výkonem Nolanda. Čím více teď o Neuralinku vím, tím více bych ho chtěl sám mít.

DJ: Zařaď se do fronty! 🙂

Lex: Co chystáte pro pacienty číslo 2, 3 a další?

DJ: Primárním cílem je dosáhnout bezpečnosti zařízení a procesu implantace a zároveň pochopit účinnost a dopad, jaký by rozhraní mohlo mít na životy potenciálních uživatelů. Pokud někdo žije s tetraplegií, jeho situace nemusí být stejná jako situace jiné osoby žijící s tetraplegií. Je to různé. Chceme pochopit, jak může naše technologie sloužit co největší skupině jednotlivců.

Dalším cílem je naučit se od každého účastníka co nejvíce, abychom zlepšili zařízení a proces implantace, než se pustíme do toho, čemu se říká stěžejní studie (angl. pivotal study), což je mnohem rozsáhlejší studie, která musí být provedena než bude zařízení uvedeno na trh.

Lex: Jaké změny provádíte na základě testů s Nolandem?

DJ: Provádíme změny hardwaru i softwaru. I Noland má nyní po problémech s vysouváním vláken nový aktualizovaný firmware. Je to jako mobilní telefony nebo auta Tesly. Software se neustále aktualizuje.

Lex: Na čem ještě pracujete kromě zraku?

DJ: Obecně máme 2 velké programy – pohyb a zrak. Pohybový program je v současnosti zaměřen na digitální svobodu. Pokud můžete pohybovat kurzorem v digitálním světě, můžete také pohybovat čímkoli ve světě fyzickém. Robotické paže, invalidní vozík, vaše domácí prostředí. Ať už je to prostřednictvím telefonu nebo s pomocí přímého připojení. Chceme rozšířit možnosti i pro Nolanda. Vyžaduje to však další povolení od FDA. Musíme zaručit, že si účastníci při ovládání fyzických věcí neublíží. Na tom teď pracujeme.

Zajímavá je i řeč, jejímž zpracováním se v mozku zabývají různé jeho oblasti. Na akademické půdě se momentálně v této otázce děje mnoho úžasného. Například Sergey Stavisky z UC Davis a Jaimie Henderson ze Stanfordu odvádějí neuvěřitelné množství práce na zlepšení neuroprostetiky řeči. Jsou schopni dekódovat z mozku představovaná slova (psali jsme o tom nedávno).

Sofistikovanější oblasti mozku, jako je Brocova nebo Wernickeova oblast, jsou stále velkou záhadou. Ale jedním z cílů Neuralinku je právě poskytnutí platformy a nástrojů, aby bylo možné tyto oblasti studovat a porozumět tomu, jak fungují.

Lex: Takové dekódování řeči je pořád určitým způsobem „konvenční“, založené na dekódování z řečového centra, které souvisí s pohyby svalů úst nebo hlasivek. Ale co dekódování myšlenek na vyšší úrovni?

DJ: Myslím si, že se postupem času začneme dostávat k problému vědomí. Všechno v mozku jsou nakonec jen elektrické signály. Neurální rozhraní nám pomůže porozumět mechanismy na nižší úrovni. Možná se pomocí nich budeme moci naučit číst myšlenky, ale samotná rozhraní problém vědomí nerozluští. Abychom dokázali odpovědět na filozofické otázky o smyslu života, povaze naší existence nebo zjistit, kde se v soustavě buněk a elektrických signálů bere vědomí, budeme potřebovat ještě jiné nástroje a procesy.

Lex: Odkud se tedy v kupě vzruchů může brát vědomí?

DJ: Pochopení mozku a mysli je podle mě nejdůležitější otázka.

Myslím, že existuje určitý biologický důkaz toho, co by bylo zapotřebí k tomu, aby se začala dít „magie“. V našem mozku jsou dvě hemisféry. Ty jsou dokonale propojené. Necítíte žádný rozdíl mezi levou a pravou stranou. Hemisféry jsou spojeny takzvaným kalózním tělesem, které má asi 200-300 milionů spojení neboli axonů. To může znamenat, že právě takový počet elektrod je potřeba k opravdovému splynutí implantátu s mozkem. Ale to jsou jen moje spekulace.

Lex: Budou jednou po světě chodit miliony nebo stovky milionů lidí s neuralinky?

DJ: Ano. Za prvé, na celém světě jsou desítky milionů lidí trpících poruchami pohybu nebo zrakovým deficitem. Už zde tedy můžeme pomoci mnoha lidem. Za druhé, pokud budeme schopni řešit neurologické nebo psychiatrické problémy, jako je deprese, chronické úzkosti nebo obezita, otevírají se ještě mnohem širší možnosti.

Lex: Většina lidí na Zemi má chytré telefony. Budou s nimi neurální rozhraní konkurovat jako preferovaná metoda interakce s digitálním světem?

DJ: Ano, myslím, že pokročilá rozhraní mohou hrát roli v tom jak interagujeme s počítači a dokonce i mezi sebou. Myslím, že existuje dokonce možnost, že jednou budou mít rozhraní prostě všichni.

---

Komentáře ElonX

Rozmístění elektrod na vláknech

Díky tomuto rozhovoru jsme se konečně dozvěděli, jakým způsobem jsou elektrody rozmístěny na vláknech. Je to docela logické. Na každém z 64 vláken se nachází 16 elektrod, které jsou rozmístěny v pravidelných rozestupech o velikosti 200 mikronů (protože každá elektroda je schopna zaznamenávat neurony do vzdálenosti asi 100 mikronů) na jejich koncích, tedy konkrétně na posledních asi 4 milimetrech.

Svrchní kortikální vrstva, tedy šedá kůra mozková s největší koncentrací neuronů, má tloušťku jen asi 1,5 – 4 mm. Noland má elektrody implantovány v hloubce 3–4 mm. Druhému pacientovi však Neuralink implantoval vlákna do hloubky až 4 – 7,2 mm. Změnili tedy specialisté Neuralinku na implantátu druhého uživatele způsob rozmístění elektrod na vláknech nebo dobrovolně „obětovali“ část elektrod, které teď nebudou registrovat žádné neurony? Tak rychlá změna hardwaru zřejmě nepřichází v úvahu z důvodu nutnosti otestování a schválení agenturou FDA.

Elon Musk v rozhovoru s Lexem uvedl, že u druhého pacienta má Neuralink po implantaci kolem 400 aktivních elektrod (z 1024, které má implantát), což by mohlo znamenat, že docela velká část elektrod byla „obětována“ a nachází se hlouběji, mimo užitečnou oblast, čili svrchní kortikální vrstvu.

Ukotvení vláken ve tkáni

DJ na jedné straně mluví o tom, že vlákna jsou tak malá a robot tak precizní, že jejich implantace nezpůsobuje v mozkové tkáni žádné trauma. Dokládá to dokonce obrázky histopatologických řezů mozkovými tkáněmi makaka, který měl implantát v mozku 7 měsíců. Na řezech skutečně nejsou vidět žádné změny tkáně.

Na druhou stranu však během tématu o explantaci rozhraní a jeho výměně na nové, DJ mluví o tom, že v prvních třech měsících po operaci dochází k mnoha modelacím tkání. Vlákna se ve tkáni ukotvují a později už je těžší je vytáhnout.

Je zde očividný rozkol. Jsou tedy vlákna pro mozek transparentní nebo ne? Reaguje na ně organismus, nebo si jich nevšímá?

---

Přispějte prosím na provoz webu ElonX, aby mohl nadále zůstat bez reklam. Podpořte nás pomocí služby Patreon či jinak a zařaďte se tak po bok ostatních dobrodinců, kteří už finančně přispěli. Děkujeme!