Ученые уже не первое десятилетие пытаются имплантировать в мозг животных и людей электроды и различные устройства. Но именно сейчас эти технологии начали развиваться особенно стремительно. Поговорим о том, кто их придумал, как они эволюционировали, какую пользу могут принести в современной медицине и какие опасения возникают по поводу их применения у экспертов.
В конце января 2024 года Илон Маск сообщил, что его компания Neuralink впервые успешно имплантировала микрочип в головной мозг человека. Эта новость вызвала бурное обсуждение в социальных сетях.
Волну хайпа подогрел флёр таинственности: о человеке, подвергшемся чипированию, до сих пор мало что известно. Маск утверждает, что операция прошла успешно, и пациент восстанавливается. А в сентябре 2023 года, когда шла подготовка к эксперименту, сообщалось, что в качестве добровольца ищут пациента с квадриплегией – так называется паралич обеих рук и ног.
Спустя некоторое время прооперированный пациент уже научился управлять с помощью чипа курсором на компьютере. Но эта новость воодушевила не всех: эксперты по-прежнему высказывают озабоченность и не уверены, что новые технологии до конца гуманны и безопасны.
На самом деле в Neuralink не сделали чего-то принципиально нового. Попытки внедрять чипы в мозг животных и людей предпринимались и ранее, все необходимые технологии уже существовали. Заслуга сотрудников Маска в том, что они удачно объединили готовые решения, уместили их в маленьком чипе с беспроводным интерфейсом и сделали его имплантацию малоинвазивной.
Еще одним важным достижением стало создание двухметрового робота под названием R1, с помощью которого внедрять чип в мозг стало быстрее и легче. Илон Маск утверждает, что подобные операции будут такими же простыми, как лазерная коррекция зрения LASIK. Нейробиологи посчитали это заявление слишком смелым, но признали, что у нового робота есть несколько впечатляющих функций.
Успеху компании Маска предшествовали разработки, начавшиеся задолго до создания компании Neuralink. «Чипирование мозга» началось не вчера – ему уже не одно десятилетие.
Как ученые пытались залезть в голову, и что из этого получилось
В науке и технологическом прогрессе часто так бывает: многие люди годами работают в определенном направлении, а потом накапливается критическая масса знаний и наработок, и происходит прорыв. Так получилось и с чипом Neuralink.
Идея залезть в мозг человека, чтобы там что-то измерить или исправить, появилась еще в начале прошлого столетия. В 1930-е годы уже довольно активно использовались электроды для изучения функций центральной нервной системы и навигации при аблационной терапии. Последняя представляла собой разрушение определенных участков мозга, работающих «со сбоями». Например, так пытались лечить эпилепсию. Со временем эволюция этих методик привела к появлению такого метода лечения, как глубокая стимуляция мозга (deep brain stimulation, DBS). Современные врачи применяют ее при болезни Паркинсона, эпилепсии, эссенциальном треморе и некоторых других заболеваниях.
Активно применял мозговые электроды американский психиатр Роберт Хит в 1950–1960 годах. Он был сторонником идей биологической психиатрии и считал, что любые психические заболевания вызваны определенными структурными изменениями в головном мозге. А если есть субстрат болезни, то на него можно воздействовать.
Под руководством Хита мозговые электроды были имплантированы более чем 50 пациентам психиатрических клиник. Это делали, чтобы изучить проявления эмоций и их влияние на психические заболевания. Использовали электрическую стимуляцию и в терапевтических целях, например, чтобы вызывать эйфорию у замкнутых пациентов с шизофренией.
С одной стороны, Роберт Хит пытался сделать психиатрию более гуманной. В те времена еще не было хороших антипсихотических препаратов, и пациентов зачастую лечили лоботомией, электрошоковой терапией, инсулин-индуцированной комой. Но амбициозный психиатр не особо тщательно проверял результаты своих экспериментов и часто грешил безосновательными сенсационными заявлениями, за что получил в свой адрес немало критики.
Опыты над животными в те времена тоже проводились весьма активно. Одним из самых интересных стал эксперимент испанского нейробиолога и нейрофизиолога Хосе Дельгадо. Он интересовался, можно ли управлять с помощью мозговых имплантатов агрессией. Чтобы проверить свою гипотезу, ученый вживил радиоуправляемое устройство быку в хвостатое ядро – структуру в головном мозге, отвечающую за координацию движений и проявление агрессивности.
Дельгадо сам стал участником эксперимента. Разъяренный бык несся на ученого, но когда тот нажимал кнопку на пульте, животное меняло направление движения и останавливалось. Сохранились видеозаписи, их можно найти в интернете.
Когда глухие начинают слышать, а слепые прозревают
В 1960-е годы появились, а в 1980-е начали активно использоваться медицинские имплантируемые устройства, взаимодействующие с головным мозгом – кохлеарные имплантаты. Они помогли вернуть слух многим людям с тяжелой нейросенсорной тугоухостью. Такой имплантат состоит из двух частей: внешняя оснащена микрофоном, который улавливает звуки и преобразует их в электрические импульсы, а внутренняя передает эти импульсы на волокна слухового нерва в улитке.
Параллельно шла разработка имплантатов для восстановления зрения, но более медленно. Пока эти устройства не получили такого же широкого распространения, как кохлеарные имплантаты.
В теории протезировать можно любые части зрительного анализатора, но проще всего – сетчатку. Первая конструкция такого протеза была предложена еще в 1956 году в Австралии, а активные разработки начались в 1980-х годах в США. Первое устройство, которое прошло клинические испытания и стало широко применяться, появилось только в 2002 году. Оно называлось Argus I, разработал его американский инженер Роберт Гринберг.
Спустя 9 лет появилось устройство второго поколения – Argus II. Его, как и предыдущую модель, применяют у людей с тяжелыми заболеваниями сетчатки, такими как пигментный ретинит и возрастная дегенерация желтого пятна. Ведутся и другие разработки, в настоящее время они находятся на разных стадиях.
«Нарастить» память с помощью электронного девайса
В конце 1990-х годов профессор биомедицинской инженерии Тед Бергер из Университета Южной Калифорнии загорелся идеей создать имплантируемые устройства, которые могли бы улучшать память. Такие девайсы могли бы стать очень ценными в неврологии. Есть заболевания, сопровождающиеся прогрессирующим ухудшением памяти, например, болезнь Альцгеймера. На поздних стадиях пациенты не узнают близких, теряются, едва выйдя из дома, могут легко устроить пожар или потоп, забыв о включенном электроприборе или кране.
Бергер с коллегами разработали имплантаты для гиппокампа – именно эта структура в головном мозге отвечает за перевод кратковременной памяти в долгосрочную. Первые эксперименты были проведены на мышах. Во время одного из них использовали два небольших рычага. Сначала перед животным был только один рычаг, который нужно было нажать. Потом он прятался в стену, а спустя некоторое время появлялись два рычага. Если мышь нажимала тот же, что и в первый раз, то оказывалась в темноте, а если другой – ей давали попить. Имплантаты в гиппокампе сначала регистрировали электрические импульсы, возникавшие в процессе запоминания, а потом посылали в мозг такие же, тем самым помогая улучшить память.
В 2011 году исследователи и вовсе научились «включать» и «выключать» память мышей с помощью устройств в их мозге. В 2017 году, когда стало понятно, что эксперименты на животных прошли успешно, настал черед испытаний с участием людей. Сначала эффективность оценивали на здоровых добровольцах, а затем в исследовании согласились поучаствовать несколько людей с эпилепсией. Принцип работы имплантатов был тот же, что и у мышей: участники выполняли определенные задачи, устройство регистрировало электрические импульсы, а потом само помогало вспоминать. Таким способом удалось улучшить память почти на 40%.
В своё время разработками Бергера заинтересовались в стартапе KerNEL. Но спустя несколько месяцев они прекратили сотрудничать, и компания переключилась на другие проекты.
Подключить мозг к компьютеру
В 1973 году профессор Жак Видаль из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе придумал термин «интерфейс мозг-компьютер» (brain-computer interface, BCI). Так называют технологии (причем не обязательно подразумевающие операцию и вживление в мозг чего-либо), которые передают информацию из коры головного мозга напрямую в компьютер или в какие-нибудь устройства, например, роботизированные протезы или инвалидное кресло. Эти технологии наиболее активно развиваются в последние годы, и именно к ним относится нейрочип Neuralink. Есть и другие проекты, причем намного старше.
В 1990-х годах доктор Дональд Хамфри из Университета Эмори в США создал собственный интерфейс мозг-компьютер, ставший основой для разработок на последующие десятилетия. В конечном счете появилась система нейронного интерфейса BrainGate. Она представляет собой датчик на бионическом компьютерном чипе размером примерно с монету, который имплантируют в мозг. Устройство помогает отслеживать активность нервной системы и преобразовывать намерения пациента в команды для гаджетов.
В 2004 году было проведено первое клиническое испытание системы BrainGate с участием четырех пациентов с параличом обеих рук и ног. Исследование прошло удачно. Пациенты смогли силой мысли водить курсором по экрану компьютера. Этот успех открыл дорогу для последующих разработок и испытаний.
С помощью нейрочипа BrainGate человек может управлять не только разными программами на компьютере, но и роботизированными протезами. На сайте компании чип позиционируется как устройство для «восстановления общения, мобильности и независимости людей с неврологическими заболеваниями, травмами или утраченными конечностями». В 2023 году в журнале Neurology были опубликованы результаты применения BrainGate с 2004 по 2021 год у 14 взрослых людей. Авторы пришли к выводу, что метод безопасен: ни у одного испытуемого не возникло тяжелых нежелательных эффектов, из-за которых пришлось бы удалить чип.
Путь и инновации Neuralink
На фоне других стартапов, успевших попробовать себя на поприще мозговых имплантатов, Neuralink совсем младенец: компания была основана в 2016 году. Первая презентация чипа состоялась в 2019 году, когда его удалось имплантировать обезьяне. Это стало сенсацией, но не для нейробиологов. Ученым известно, что электроды в головы приматов вживлял еще Хосе Дельгадо (тот, что останавливал быков), а в 2000 году нейроинженер из Бразилии Мигель Николелис научил обезьяну с имплантированным нейрочипом сначала управлять роботической рукой, а затем и целым роботом, идущим по беговой дорожке.
Тем не менее видео 2021 года, где обезьяна с чипом Neuralink силой мысли играет в компьютерную игру, снова произвело фурор.
В 2020 году сотрудники Илона Маска чипировали свинью по кличке Гертруда. Устройство смогло точно предсказывать положение ног животного во время ходьбы по беговой дорожке и анализировать мозговую активность при обнюхивании пищи.
Одновременно начали звучать заявления о том, что скоро чипы Neuralink будут протестированы на людях. Маск говорил, что это случится в течение года, в 2020 году, затем в 2021 году. Потом исследование планировалось на 2022 год. А в итоге задумку удалось реализовать лишь в 2024 году.
Фактически компания Neuralink представила не одну, а сразу две взаимодополняющие разработки:
- Собственно нейрочип – устройство, как и BrainGate, размером с монету. Его имплантируют за ухом, и от него в мозг в виде веера расходятся провода. Каждый провод в 20 раз тоньше человеческого волоса, а в сумме они несут в мозг 1024 электрода. С помощью них можно стимулировать мозг, отслеживать и анализировать его активность, дистанционно управлять разными девайсами.
- Робот R1 для автоматической имплантации чипа. Он использует иглу и работает наподобие швейной машины, буквально втыкая провода в нужные зоны мозга. Предусмотрена функция автоматического контроля и коррекции положения иглы, ведь мозг немного движется из-за дыхания и сердцебиения.
А что у нас?
В России технологии мозговых имплантатов тоже начали развиваться давно. В 1960-х годах советский нейрофизиолог Наталья Петровна Бехтерева использовала электроды для лечения различных неврологических заболеваний и исследования мозговой активности. Первая операция на человеке длилась с 9 часов утра до 12 часов ночи. Во время нее для контроля при введении электродов была впервые применена передовая на тот момент технология расчетного стереотаксиса.
Современные российские исследователи тоже не отстают от зарубежных коллег. Так, фонд поддержки слепоглухих «Со-единение» и некоммерческая Лаборатория «Сенсор-Тех» сообщали в 2022 году о том, что разработали собственную линейку ELVI, в которую войдут три нейрочипа. Один из них будет работать как кохлеарный имплантат, передавая звуки на слуховой нерв. Второй сможет передавать изображения с видеокамер прямо в кору головного мозга в обход глаз. Третий предназначен для лечения пациентов с неврологическими патологиями, такими как синдром Туретта, болезнь Паркинсона, хронический болевой синдром.
Ожидается, что в 2024–2025 годах начнутся испытания на добровольцах, а в 2027 году разработку обещают запустить в серию и сделать доступной для всех пациентов.
Отчаянные одиночки
В общий тренд стремятся влиться и многочисленные энтузиасты-одиночки. В мире есть довольно большое сообщество биохакеров, ищущих способы усовершенствовать свой разум и тело с помощью современных технологий.
Например, художник Нил Харбиссон прославился тем, что вживил себе в голову антенну с видеокамерой, которая воспринимает цвета и трансформирует их в ощущение вибрации в голове. Таким образом Нил может «видеть» в том числе инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. И это не единственная модификация, которую художник применил к своему телу.
Есть и примеры неудачной «киборгизации». Так, в 2023 году российский популяризатор и исследователь осознанных сновидений Михаил Радуга решил самостоятельно провести себе трепанацию черепа с помощью дрели, чтобы вживить в мозг чип и научиться контролировать сны. Во время операции он потерял литр крови и чуть не расстался с жизнью. В итоге врачи в больнице всё же чип удалили.
Как нейрочипы могут пригодиться в медицине?
Нейрочипы не задумывались как развлечение для богатых, возможность приобрести суперспособности или как часть чьего-то злобного плана по контролю над человечеством. В первую очередь это медицинские девайсы, способные помочь людям с тяжелыми заболеваниями.
Имплантаты позволяют улучшить память и другие функции мозга, стимулировать определенные нервные центры, управлять компьютером, смартфоном, роботизированными руками и ногами. Потенциально они могут даже заменить неработающие части мозга. А если устройство уже установлено по медицинским показаниям – почему бы параллельно не использовать его во благо науки и не изучать работу мозга?
На самом деле для этой технологии можно найти множество точек приложения. Сложно предсказать, какие из них могут быть реализованы уже в ближайшем будущем. Но одновременно у экспертов возникают и некоторые опасения.
Это безопасно?
Что касается рисков в краткосрочной перспективе, то они более-менее понятны, прогнозируемы и в определенной степени поддаются контролю. Как и любая операция, имплантация чипа в головной мозг может привести к инфицированию, кровотечению. К более специфичным возможным осложнениям относятся инсульты, возникновение эпилептиформной активности, вслед за которой могут начаться эпилептические приступы.
Менее понятны потенциальные долгосрочные последствия, и они вызывают у экспертов самые большие опасения. Например, никто не знает точно, сколько в среднем будут работать такие девайсы? Ведь если чип перестанет нормально функционировать, то заменить его будет не так просто. Не до конца понятно, насколько успешно такие устройства будут «приживаться», ведь организм человека стремится избавиться от всего чужеродного.
После установки нейрочипов мозг получает возможность управлять компьютером и наоборот. Это создает отдельный пласт проблем. Что будет, если к устройству получат доступ злоумышленники? Ведь они смогут навредить человеку.
Многих экспертов тревожит то, что представители компании Neuralink опубликовали очень мало информации о целях своего исследования и отказались от интервью авторитетному научному журналу Nature. Остается только надеяться, что в первую очередь будут тщательно изучены все нюансы, касающиеся безопасности.
Опасения сопровождают любые новации, особенно когда дело касается сложных технологий, связанных со здоровьем человека. Такая реакция со стороны экспертов и общественности вполне естественна. Нейрочипы открывают огромные возможности: они дают надежду пациентам, для которых прежде не было эффективного лечения. Вероятно, темпы прогресса в этой сфере будут только нарастать. Но, коль скоро первостепенной целью подобных разработок постулируется помощь больным людям, важно помнить об одном из основополагающих принципов медицины: non nocere – «не навреди».
Текст: Артём Кабанов
