Shrnutí nové prezentace Neuralinku, 6. část: Využití rozhraní pro navrácení zraku nebo léčbu ochrnutí

V šestém dílu seriálu o poslední prezentaci pokroku Neuralinku bude řeč o střednědobých cílech firmy. V kratším časovém horizontu se Neuralink snaží umožnit lidem myšlenkovou komunikaci s počítači. Jeho vědci a inženýři však už nyní pracují na mnohem sofistikovanějších způsobech využití rozhraní. Jde zejména o navrácení zraku nevidomým a umožnění přemostění poškozené míchy.

Připomeňme, že v předchozích dílech série už jsme probrali:

1. prezentace Elona Muska a DJ Sea
2. vývoj hardwaru implantátu
3. testy implantátu
4. software a algoritmy
5. implantaci rozhraní

Navrácení zraku

O tom, jakým způsobem Neuralink plánuje navracet zrak nevidomým, mluvil na prezentaci neurovědec Dan Adams. Začal tím, že zařízení Neuralinku splňuje několik požadavků potřebných k tomu, aby se s jeho pomocí bylo možné navracet zrak:

1. Může nejen odebírat signály neuronů na všech kanálech (elektrodách), ale také na každém z nich neurony stimulovat. To umožňuje obejít oko a generovat obrazy přímo v mozku.
2. Může mít velký počet elektrod. Čím více elektrod, tím větší rozlišení generovaného obrazu.
3. Díky neurochirurgickému robotovi můžou být elektrody rozhraní implantovány hluboko do mozku. To je důležité, protože vizuální centrum je v lidském mozku schováno hluboko v okcipitálním (týlním) laloku mozku, v takzvané kalkární rýze (angl. calcarine sulcus).

Kalkární rýhy jsou dvě, jedna v každé polovině mozku. Každá má plochu asi jako kreditní karta a obsahuje polovinu mapy zorného pole. Levou polovinu zorného pole zpracovává pravá kalkární rýha a pravou zase levá. K tomu obraz v nich je „vzhůru nohama“ a navíc ještě deformovaný – okolí centrálního bodu zorného pole je výrazně zvětšeno. Samo Lincolnovo oko z fotografie níže tak zabírá celou čtvrtinu plochy kalkární rýhy.

Každý neuron ve vizuální oblasti mozku představuje malou část zorného pole, podobně jako pixely na digitálním monitoru. Celé zorné pole je tedy jakousi mozaikou sestavenou ze všech neuronů vizuální oblasti.

Odborníci Neuralinku implantovali své neurální rozhraní do vizuální oblasti mozku dvěma makakům. Můžou tedy nahrávat vzruchy z jejich zorného pole. K tomu je ještě naučili, aby se při testech rozhraní dívali tam, kam potřebují (na monitoru počítače). Díky tomu zmapovali celou vizuální oblast jejich mozku. Jsou tedy schopni dekódovat onu mozaiku zorného pole a vizuální oblasti mozku makaků.

Čtení obrazů je tedy proveditelné, ale co se zápisem? Neuralink už umí vidět to, co vidí zdravý jedinec, ale pokud má navracet zrak nevidomým, musí naopak vysílat obraz z kamery do mozku. To bude podle Dana Adamse možné, pokud se Neuralink naučí pomocí svého rozhraní správným způsobem stimulovat stejné neurony, pomocí kterých vytvořil mapu vizuální oblasti.

Stimulujeme-li dané neurony ve vizuální oblasti mozku makaka, on to vnímá jako záblesk světla, který vidí jen on sám. Jak to vědci Neuralinku vědí? Opice jim to samozřejmě neřekne. Může se ale naučit dát to najevo. Díky pozitivní motivaci ve formě banánového smoothie se makak naučí vždy hledět tam, kde se na monitoru objeví světlá tečka. To samé pak dělá, když podobnou světlou tečku „vidí“ díky stimulaci z elektrod Neuralinku. Iluze světla, kterou opice vidí, se odborně anglicky nazývá phosphene a není to v oboru neurotechnologie nic moc nového. Pokud by však Neuralink dokázal pomocí svého implantátu tuto metodu rozšířit a produkovat mnoho takovýchto „pixelů“ v celém zorném poli, dalo by se tak v určité formě navrátit zrak dokonce i lidem, kteří nikdy neviděli.

Protéza, kterou Neuralink vyvíjí, by pak měla, zjednodušeně řečeno, vypadat tak jako na obrázku výše. Skládala by se ze tří komponentů:

1. Kamery, která by obraz vysílala do mobilního telefonu.
2. Telefon by obraz zpracovával a vysílal potřebná data do neurálního rozhraní
3. Rozhraní by obraz transformovalo na potřebné schéma a stimulovalo neurony.

S 1024 elektrodami, které má současná verze rozhraní označovaná jako N1, by vytvořený obraz mohl vypadat asi tak jako ten na obrázku vlevo. Další verze by však mohla mít až 16 000 elektrod, což by v praxi znamenalo 32 000 elektrod, implantujeme-li po jednom rozhraní do každé poloviny vizuální oblasti mozku.

Přemostění poškozené míchy

Detaily o tom, jak Neuralink hodlá navracet ochrnutým lidem možnost pohybu, prezentoval Joey O’Doherty.

Osoby s poškozením míchy mají přerušená spojení mezi mozkem a zbytkem těla. Mozek funguje normálně, ale není schopen komunikovat s ostatními částmi těla. Toto spojení může být znovu navázáno díky implantátům Neuralinku.

Jak vypadá takové spojení mezi mozkem a svaly? Záměr pohnout například končetinou se nejprve objevuje v motorické oblasti mozku. Tento záměr putuje nervovými spoji do míchy za použití horních motorických neuronů. Ty jsou pomocí synapsí propojeny s dolními motorickými neurony. Ty posílají vzruchy dále do svalů, které na ně reagují a umožňují tak pohyb. Při poranění míchy je obvod v některém místě přerušen.

Pokud by se dalo implantovat elektrody do části míchy, ve které se nacházejí dolní motorické neurony, dalo by se dané neurony stimulovat, a tím vytvářet pohyb. To samozřejmě není jednoduché. Mícha je schovaná v obratlích, je velmi choulostivá a v páteřním míšním kanálu se pohybuje. Vlákna rozhraní N1 jsou však velmi tenká, flexibilní a robot R1 je může implantovat do značné hloubky.

Na předchozí prezentaci Neuralinku jsme viděli prasnici Gertrudu a její „kolegy“ nebo „kolegyně“ s implantovanými rozhraními, jak běhají na běžících pásech a neurovědci pomocí rozhraní detekují pohyby jejich končetin. Dnes už je Neuralink dále. Rozhraní prasatům implantoval i do míchy a umí i ovládat pohyby jejich nohou. Jak to dělá?

Na prvním obrázku níže vidíme prase na běžeckém pásu. Na jedné ze zadních nohou má přilepeny senzory pohybu, jaké se používají třeba při vytváření speciálních efektů ve filmech nebo počítačových hrách. Na druhém pak vidíme, jak pohyby nohy zaznamenávají pohybové senzory a implantáty v mozku a míše.

Na třetím obrázku pak vidíme způsob, jakým Neuralink spolupracuje s prasaty při testech stimulace neuronů za použití rozhraní. Prase ví, že testy jsou vykonávány pouze v prostoru vyznačeném modrou linií. Pokud se chce testů zúčastnit, samo přijde na místo, kde probíhají. Dostane za to samozřejmě i něco na zub. Pokud se testů účastnit nechce, nikdo ho k tomu nenutí. O tomto dobrovolném testování jsme nedávno psali podrobněji.

Na následujícím gifu je pak znázorněno, jak vypadají konkrétní testy stimulace nervů a svalů. Po aktivaci příslušných neuronů noha vykonává pohyb vzhůru. To je samozřejmě jen jeden příklad – pomocí stimulace rozhraním je možné vykonávat mnoho různých pohybů. Neuralink už dokonce umí i jednotlivé pohyby řadit za sebou a vykonávat celé vzorce, čili například normální chůzi. Teoreticky by tedy bylo možné, aby ochrnuté prase znova chodilo.

Stimulace míchy je však jen polovina toho, co je potřeba k tomu, aby bylo možné navracet pohyb. Potřebné jsou ještě „příkazy“ z mozku. Ty obstará druhé rozhraní implantované do motorické oblasti mozku. Vzruchy, které dekóduje, jsou převedeny na příkazy stimulace nervů. Ty pak rozpohybují svaly, tak jak je to znázorněno na dalším schématu níže.

Odborněji řečeno: Elektrody rozhraní N1 jsou implantovány do motorické oblasti mozku. Zaznamenávají vzruchy, které jsou pak bezdrátově přeneseny do druhého rozhraní jako příkazy ke stimulaci. Příkazy jsou vyslány do příslušné motorické části takzvaného předního šedého sloupce míchy (angl. ventral horn nebo přesněji anterior grey column). V něm jsou stimulovány (aktivovány) příslušné dolní motorické neurony, což způsobí stahování a roztahování konkrétních svalů, čili například pohyb končetin.

Pohyb končetin by ale byl velmi obtížný, pokud bychom dané končetiny necítili. Je však možné současně s pohybem získat z končetin také senzorické informace. Ty je možné snímat v zadním šedém sloupci míchy. Můžou pak být vyslány buďto do stejného, nebo do druhého rozhraní N1 v senzorické oblasti mozku, jehož stimulace umožní uživateli například cítit dotyk poté, co díky rozhraní pohnul rukou a dotkl se nějakého předmětu. Tím se uzavře okruh potřebný ke smysluplnému pohybu končetin, znázorněný na následujícím schématu.

Zdá se tedy, že Neuralink je na dobré cestě k sofistikovanějším způsobům využití neurálního rozhraní. Přinejmenším tedy v případě navracení zraku nevidomým a pohybu ochrnutým.

< Předchozí část

Následující část >

Předchozí články ze série Shrnutí nové prezentace Neuralinku:

• #1: Elon Musk by neurální rozhraní nechal implantovat sobě i svým dětem
• #2: Vývoj a optimalizace implantátu
• #3: Testy mozkového implantátu
• #4: Software a algoritmy
• #5: Implantace neurálního rozhraní

---

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!