Neuralink pod lupou #6: Současnost mozkových rozhraní

V roce 2016 Elon Musk na Code Conference polemizoval nad tím, jaké technologie by bylo dobré začít rozvíjet v nejbližší budoucnosti. Jako velmi důležitý označil vývoj vysokokapacitního mozkovo-počítačového rozhraní a uvedl, že se mu nezdá, že by se tím nějaká firma vážně zabývala. Vzápětí nato prohlásil, že pokud se na vývoj neurálního rozhraní nikdo rychle nevrhne, bude to muset udělat sám. Zanedlouho poté založil společnost Neuralink. Myslím, že jeho tvrzení tehdy nebylo tak úplně přesné. Už v té době existovalo mnoho organizací a několik firem, které se tématu neurálních rozhraní intenzivně věnovaly. V tomto článku si představíme některé z nich a pokusíme se shrnout současnou situaci v tomto futuristickém odvětví.

Jak jsem se snažil ukázat v minulém dílu, vývoj neurálních rozhraní probíhá už od 70. let 20. století a stále více nabírá na obrátkách. Neinvazivní zařízení založená na EEG (elektroencefalografech), jsou dnes již dostupná prakticky pro každého. Ve vývoji je několik projektů rozhraní invazivních. Objevují se zcela nové typy interfejsů, jako například takzvané wearables čili nositelná zařízení. Začínají se objevovat pokusy o standardizaci a iniciativy typu open-source. V různých zemích po celém světě probíhají konference k tématu. Celé odvětví se začíná komercializovat a objevují se velcí hráči jako Kernel, CTRL-Labs nebo právě Neuralink, což znamená ještě větší urychlení výzkumu a vývoje a větší dostupnost zařízení pro veřejnost.

Počátek 21. století

Na počátku 21. století se v odvětví neurálních interfejsů začaly objevovat tendence vedoucí k většímu rozšíření těchto technologií. Zajímavou iniciativou byl například projekt BCI2000, který se snažil do vývoje mozkových rozhraní vnést určitou úroveň standardizace. Šlo o univerzální volně dostupnou softwarovou sadu pro vývoj rozhraní. Systém lze využít pro získávání dat, prezentaci podnětů a aplikace pro sledování mozku.

V roce 2010 začalo udělování výroční ceny ve výzkumu mozkovo-počítačových rozhraní (Annual BCI Award). Porota každoročně vybírá dvanáct nominovaných a z nich poté vyhlašuje první tři místa. Vítězové obdrží ceny v hodnotě 3 000, 2 000 a 1 000 amerických dolarů. To, že porota každým rokem vybírá jiných 12 nominovaných vědců a laboratoří, ukazuje, na kolika polích se výzkum rozhraní již odehrává. Seznam všech vítězů a nominovaných je dostupný zde.

Rozvoji výzkumu mozkových rozhraní napomohla rovněž iniciativa amerického Bílého domu nazvaná Brain Inititive. Byla vyhlášena v roce 2013 během úřadování prezidenta Baracka Obamy. Cílem iniciativy inspirované úspěšným projektem zmapování lidského genomu (Human Genome Project) bylo pomáhat vědcům odhalit příčiny poruch mozku, jako jsou Alzheimerova a Parkinsonova choroba, deprese a traumatická poškození mozku.

Organizace

Začaly se objevovat rovněž různé organizace sdružující vědce a výzkumné týmy zabývající se vývojem neurálních rozhraní:

Institut pro elektrotechnické a elektronické inženýrství neboli IEEE, založil svoji větev IEEE Brain, která má za úkol usnadnit interdisciplinární spolupráci a koordinaci s cílem urychlit výzkum, standardizaci a vývoj technologií v neurovědě za účelem zlepšení lidského zdraví.

BrainGate Research Consortium je organizace spojující práci několika amerických univerzit a zdravotních center. Cílem je pomoci vývoji invazivního neurálního rozhraní BrainGate, které má sloužit k obnovení komunikace, mobility a soběstačnosti u lidí, kteří trpí neurologickými nemocemi, zraněními mozku, nebo jsou po amputaci končetin.

BCI Society založená v roce 2015 je mezinárodní organizací sdružující vědce ze široké škály oborů spojených s výzkumem a vývojem mozkových rozhraní, včetně neurověd, inženýrství, informatiky, matematiky, psychologie, klinické neurologie a rehabilitace, biomedicínské etiky a dalších.

Konference

Každoročně je pořádáno mnoho různých konferencí a workshopů ta téma neurálních rozhraní. Výše zmíněná organizace BCI Society pořádá takzvané BCI meetingy. IEEE Brain rovněž pořádá mnoho konferencí pro odborníky v oblasti neurovědy. Každoročně se také koná setkání Graz Brain-Computer Interface Conference na Institutu neurálního inženýrství Technické univerzity v rakouském Štýrském Hradci.

Zajímavou iniciativou jsou BCI Designers Hackathons, dvoudenní workshopy organizované v různých metropolích světa za podpory společnosti g.tec vyvíjející neinvazivní mozková rozhraní. Hackathony sdružují inženýry, programátory, návrháře, umělce a nadšence, aby intenzivně spolupracovali jako interdisciplinární týmy při budování vlastního plně funkčního mozkového rozhraní na bázi EEG, kterým pak ovládají například drona nebo robota. Jeden z těchto workshopů se v roce 2018 uskutečnil také v Praze.

Open-source

Počátkem 21. století se rovněž objevily tendence rozšíření neinvazivních rozhraní mezi normální smrtelníky. Technologie se začala přenášet z laboratoří univerzit a výzkumných ústavů do garáží nadšenců a domácích kutilů. Povstaly projekty typu open-source:

V roce 2001 přišel projekt OpenEEG se svým zařízením ModularEEG čili elektroencefalografem za cenu 200–400 amerických dolarů.

OpenBCI je otevřená platforma, která vznikla v roce 2013 díky kampani na Kickstarteru. Jejich zařízení lze použít k měření a zaznamenávání elektrické aktivity produkované mozkem (EEG) nebo také aktivity svalů (EMG) a srdce (EKG). Zde je pro zajímavost účet OpenBCI na GitHubu s dostupným kódem všech jejich aplikací.

Icibici je snad nejlevnější neinvazivní mozkové rozhraní vůbec. Vzniklo v roce 2016 a cena 20 britských liber za celou sestavu už snad ani nižší být nemůže. Tímto jsme už opravdu vstoupili do éry, kdy si neurální rozhraní může dovolit každý.

Hračky

Technologie neinvazivních neurálních rozhraní postavených na bázi EEG se dokonce začala prosazovat v zábavním průmyslu. Některé z her a hraček byly velmi úspěšné. Už v roce 2006 si své neurální rozhraní patentovala firma Sony. V roce 2007 firma NeuroSky uvedla na trh počítačovou hru The Adventures of NeuroBoy. V roce 2009 se s NeuroSky spojil světoznámý výrobce hraček, firma Mattel, a vydali spolu počítačovou hru Mindflex. Jde o jakýsi duel dvou hráčů v přetlačování malého balónku anebo jeho vedení přes překážkovou dráhu, kdy balónek se pohybuje díky zařízení ovládanému s použitím EEG. Jde zatím o komerčně vůbec nejúspěšnější využití neurálního interfejsu.

V roce 2009 se NeuroSky spojil s Uncle Milton Industries a vydali hru Star Wars Force Trainer, ve které rovněž jde o ovládání balónku pomocí EEG (video například zde). Nedávno se objevila druhá verze, kde ovšem jde o něco úplně jiného – hráči již neovládají balónek, ale hologramy. V roce 2011 se NeuroSky spojil ještě s firmou Neurowear a výsledkem bylo Necomimi. Jde o nasazovací kočičí uši, které mění svůj tvar na základě nálady svého nositele. Nutno zde podotknout, že u některých her NeuroSky se objevily také určité pochybnosti, zda nejde o podvod.

V roce 2009 firma Emotiv uvedla na trh zařízení EPOC, 14kanálové EEG, které dokáže rozpoznat 4 mentální stavy, 13 stavů vědomí, výrazy obličeje a pohyby hlavy. V současnosti již firma vyrábí také několik dalších komerčně dostupných snímačů EEG a pro ně potřebný software.

Wearables

Novým trendem v neurálních rozhraních jsou takzvané wearables neboli česky nositelná elektronika. Pravděpodobně první firmou, která se vydala tímto směrem, byla kanadská společnost Thalmic Labs, později přejmenovaná na North. Firma vyvíjela produkt nazvaný Myo Armband, což byl jakýsi náramek, který používá neinvazivní elektromyografii (EMG) k měření elektrických impulzů ze svalů a nervové tkáně v paži a převádí je do počítačových příkazů. Nejde tedy přímo o technologii založenou na mozkových vlnách, ale souvislosti zde jsou. Náramek má umožnit velmi citlivé ovládání počítače pomocí různých gest ruky a prstů.

Další vývoj v tomto odvětví není bez zajímavosti. Společnost North totiž prodala všechny patenty spojené s náramkem firmě CTRL-Labs a sama zcela změnila sféru svého zájmu – začala vyvíjet chytré brýle nazvané Focals. V CTRL-Labs náramek ještě vylepšili a prezentují ho nyní pod názvem CTRL-Kit. Současná verze náramku je zatím verzí vývojovou. Firma plánuje jeho komponenty ještě více zminiaturizovat, aby výsledný produkt vypadal podobně jako dnešní chytré hodinky.

CTRL-Labs rozhodně nemůže naříkat na nedostatek financí. Mezi jeho investory se řadí kapitálové fondy jako Google Ventures nebo Amazon Alexa Fund. Nedávno ale firmu za cenu mezi 0,5–1 miliardu amerických dolarů převzal nečekaný hráč, Facebook. Ambice v oblasti neurálních rozhraní Facebook měl už dlouho, ale zatím zůstával jen u velkých plánů, bez jakýchkoliv reálných výsledků.

Facebook už na své konferenci F8 v roce 2017 oznámil, že rozjíždí projekt svého neinvazivního mozkového rozhraní, které má umožnit psaní textu bez rukou. V rámci projektu podporuje tým vědců z Kalifornské univerzity v San Francisku, který pracuje na detekci řeči u ochrnutých pacientů. Tento tým ovšem, jak informuje server The Verge, používá k dekódování lidské řeči invazivní metody elektrokortikografie čili čte elektrické signály z mozku pomocí elektrod umístěných pod lebkou na povrchu mozku. Výsledky svého výzkumu vědci sponzorovaní Facebookem představili zde. Není tedy zcela jasné, jaké přesně jsou ambice nejpopulárnějšího sosiální sítě co se týče neurálního rozhraní pro své uživatele. Samozřejmě se ale objevují obavy, že firma bude čtení myšlenek zneužívat například k cílení reklamy.

Neurozobrazování nové generace

V posledních letech se objevují rovněž snahy o vylepšení technik neurozobrazování. Například firma Openwater vyvíjí skenery s cílem minimalizovat jejich velikost. Jde o to, aby zařízení neměla rozměry celého pokoje, ale mohla se nacházet v každé běžné lékařské ordinaci. Současná verze skeneru typu MRI této firmy používá ke skenování infračervné světlo a má velikost tenisové rakety. V budoucnosti společnost plánuje svá zařízení využívat jako neinvazivní neurální rozhraní k detekci řeči a myšlenek.

Firma CortiQ přišla s novou metodou neurozobrazování používající invazivní elektrokortikografie (EcoG). Její přístroj má umožnit lepší zobrazení problematických částí mozku při neurochirurgických operacích a diagnostiku neurologických onemocnění, jako jsou epilepsie nebo mozkové nádory.

Objevují se také firmy jako Truust Neuroimaging, která se koncentruje jen na samotné zpracování neurologických dat. Klient zaznamenává data pomocí EEG, ECoG nebo jiných technik, posílá je společnosti Truust a ta je pomocí svého pokročilého softwaru zpracuje a prezentuje klientovi výsledky. Společnost tvrdí, že pomocí jejich systému klient vytěží z neurologických dat mnohem více, než kdyby je interpretoval sám.

Komerčně dostupná vědecká neinvazivní rozhraní

Co se týče neinvazivních neurálních rozhraní používaných pro vědecké anebo medicínské účely, tak s těmi se doslova roztrhl pytel. Bezpočet firem nabízí různé verze těchto interfejsů od jednoduchých přístrojů až po vysoce pokročilé.

Například již výše zmiňovaná firma g.tec nabízí celé portfolio různých produktů a neurálních interfejsů. Různé formy snímačů EEG, invazivních a neinvazivních neurostimulátorů, senzorů tělesných funkcí, včetně softwaru a potřebných školení.

Firma mindBeagle vyvíjí neurální interfejs založený na EEG, který má sloužit pro komunikaci s ochrnutými pacienty, kteří úplně ztratili schopnost pohybu a komunikace s okolím, ale mozek jim funguje normálně. Společnost Unicorn nabízí EEG rozhraní pro vědce, umělce, programátory nebo kohokoliv, kdo chce zaznamenávat mozkovou aktivitu. Firma recoveriX vyvinula EEG rozhraní pro rehabilitaci pacientů po mozkové mrtvici a slibuje znatelné zlepšení stavu pacientů již po několika hodinách terapie.

Nové typy neurálních rozhraní

V kategorii invazivních neurálních rozhraní se vědci rovněž snaží inovovat. Vzniklo několik úplně nových přístupů k problému zaznamenávání nervové aktivity. Jedním z nich je takzvaný neural dust, což můžeme přeložit jako neurální prach. Systém byl vyvíjen od roku 2011 na Kalifornské univerzitě v Berkeley a podílel se na něm také DJ Seo, ředitel sekce implantovaných systémů Neuralinku. Jde o dálkově ovládané miniaturní roboty s milimetrovými rozměry, pomocí kterých je možné měřit aktivitu nervů a svalů. Je možné použít najednou i tisíce podobných zařízení v jednom lidském organismu.

Úplně jiným směrem jde rovněž australský vynálezce a CEO firmy Synchron Thomas Oxley. Vymyslel totiž systém Stentrode (angl. Stent-electrode recording array). Jde o elektrodové pole, které je implantováno do mozku přes cévní systém čili nevyžaduje chirurgický zákrok na otevřeném mozku. Firma také vyvíjí příslušenství potřebné k fungování svého neurálního interfejsu – brainPort neboli bezdrátový vysílač, který má být implantován do hrudníku, a brainOS čili software umožňující ovládání digitálních zařízení myšlenkami. Nejde zde o žádný koncept, který je ještě na papíře nebo v počítačích svých tvůrců. Společnost Synchron totiž nedávno ohlásila první úspěšnou implantaci lidskému pacientovi.

Zajímavý projekt představující nový přístup publikovala skupina vědců na webové stránce časopisu Nature. Systém se jmenuje BrainNet a jde o více-osobové neinvazivní rozhraní typu mozek-mozek. Vědci se zde snaží stvořit jakousi sociální síť bezprostředně propojených mozků. Rozhraní kombinuje elektroencefalografii (EEG) pro záznam mozkových signálů a transkraniální magnetickou stimulaci (TMS) pro jejich vysílání do mozku. Rozhraní umožňuje třem lidským subjektům spolupracovat a řešit úkol pomocí přímé komunikace mozek-mozek. Vědci s tímto systémem prováděli testy na jedincích, kteří hráli hru podobnou Tetrisu a tvrdí, že úspěšnost kolektivního rozhodování s využitím rozhraní je 81,25 %. Přesný popis fungování systému se nachází ve výše zmíněném anglicky psaném článku.

BrainNet není prvním pokusem o přímé propojení mozků. Experimenty s podobnými zařízeními již dříve s určitými úspěchy prováděl brazilský vědec Miguel Nicolelis na laboratorních zvířatech na americké Dukově univerzitě.

Konkurence Neuralinku

Většina zařízení, která jsme si zde zatím představili, snad jen kromě systému Stentrode, nepředstavuje přímou konkurenci Neuralinku. Jde většinou o neinvazivní interfejsy, které sice v budoucnosti můžou být používány k různým účelům, jako například ovládání rozličných digitálních přístrojů myšlenkami, ale pravděpodobně nemají potenciál dokázat podobné magické záležitosti, jaké slibuje Neuralink.

Společností a organizací, které vyvíjejí podobná invazivní zařízení, jež by mohla znamenat určitou konkurenci pro firmu Elona Muska, není málo. Existuje několik projektů, které jsou rozvíjené už dlouhou dobu a také projekty zcela nové s podporou velkých investorů. Téma je dost rozsáhlé, a proto si možné konkurenty Neuralinku podrobně představíme v následujícím samostatném článku.

< Předchozí část

Následující část >

Předchozí články ze série Neuralink pod lupou:

• #1: Seznamte se s Neuralinkem
• #2: Prezentace prototypu implantovatelného čipu N1
• #3: Jednotlivé komponenty prototypu N1
• #4: Klíčové osobnosti Neuralinku
• #5: Historie mozkových rozhraní