В этом году конкурент Neuralink компания Synchron продемонстрировала безопасность своего имплантата на пациентах. Другие стартапы тестировали новые устройства на людях, а на сцену выходили новые предприятия.
"Это определенно может казаться прорывом года, но на самом деле это результат десятилетий работы в академических кругах", - говорит Самнер Норман, приглашенный исследователь Калифорнийского технологического института, который также является соучредителем и генеральным директором компании Forest Neurotech, открывшейся в октябре. "Я думаю, что мы только начинаем ощущать последствия этого экспоненциального роста".
Истоки BCI уходят корнями в 1960-1970-е годы, когда первые из них были испытаны на лабораторных животных. По мере того как исследователи начали лучше понимать мозг, эти системы становились все более сложными, позволяя парализованным людям двигать роботизированными руками, играть в видеоигры и общаться с помощью своего разума. Когда-то эти системы были в основном академическим занятием, теперь же они представляют интерес для растущего числа компаний, появившихся после основания Neuralink в 2016 году.
"Наука и технологии достигли того уровня зрелости, когда мы можем начать оказывать реальное, драматическое влияние на состояние человека", - говорит Джейкоб Робинсон, генеральный директор и основатель стартапа Motif Neurotech и профессор инженерного дела в Университете Райса. "Такие люди, как Элон Маск, распознают эти переломные моменты и вкладывают капитал в их коммерциализацию".
Несмотря на споры об обращении с подопытными обезьянами, компания Neuralink недавно привлекла еще 43 млн долларов венчурного капитала, в результате чего, согласно данным Комиссии по ценным бумагам и биржам США, ее капитал превысил 323 млн долларов.
Государственные инвестиции, особенно от Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов США и Инициативы Национального института здоровья по изучению мозга, также помогли продвинуть эту область. Последняя влила более 3 миллиардов долларов в исследования в области нейронаук с момента своего первоначального финансирования в 2014 году.
В стремлении коммерциализировать практические системы, которые пациенты смогут использовать дома, компании разрабатывают беспроводные системы с имплантатами, которые меньше, гибче или способны собирать больше нейронных данных, чем жесткие, похожие на гребенку массивы Юты, которые были основной опорой в исследованиях BCI.
Одна из таких компаний - нью-йоркская Synchron. Компания разрабатывает мозговой имплантат, похожий на стент, и с момента своего основания в 2016 году привлекла 145 миллионов долларов.
В январе Synchron опубликовала основные данные четырех парализованных пациентов в Австралии, показывающие, что ее устройство может безопасно передавать нейронные сигналы изнутри кровеносного сосуда в мозге в течение года без каких-либо серьезных побочных эффектов. Качество сигнала также оставалось стабильным в течение 12 месяцев исследования. Устройство позволило участникам отправлять СМС, электронную почту и просматривать веб-страницы.
Новизна устройства заключается в том, что оно не требует открытой операции на мозге. Вместо этого устройство имплантируется через щель в основании шеи и через яремную вену вводится в двигательную кору головного мозга - часть мозга, которая управляет движениями. Устройство питается от небольшого блока батарей, расположенного под кожей груди. Компания Synchron имплантировала устройство 10 пациентам, в том числе шести пациентам, участвовавшим в технико-экономическом исследовании в США при поддержке Brain Initiative.
The Chasing Pack
В этом году другие компании провели эксперименты с новыми устройствами на людях. Весной нью-йоркская компания Precision Neuroscience установила свой мозговой имплантат трем людям примерно на 15 минут. Пациенты проходили операцию на мозге по другим причинам - двое из них в это время находились в сознании, - и компания Precision хотела проверить, сможет ли ее имплант успешно считывать, записывать и картировать электрическую активность с поверхности мозга. После этого стартап провел аналогичные испытания еще на двух пациентах и планирует расширить исследование в 2024 году на большее количество объектов.
Основанная в 2021 году Бенджамином Рапопортом, который также был соучредителем Neuralink, компания Precision разработала тонкопленочную матрицу, которая имеет ширину в одну пятую человеческого волоса и приклеивается к поверхности мозга. Технология разработана таким образом, чтобы быть менее инвазивной, чем имплантаты, такие как массив Юты, которые устанавливаются глубже в мозг. Проникающие массивы могут вызвать воспаление и рубцевание тканей мозга, что со временем может привести к потере качества сигнала.
В своих исследованиях, проведенных в начале этого года, компания Precision заявила, что продемонстрировала, что ее массив может регистрировать активность мозга более подробно и с более высоким разрешением, чем существующие поверхностные электроды, которые используются для мониторинга эпилептических припадков и картирования мозга. Когда пациентам требуется операция на мозге, например, по удалению опухоли, врачи устанавливают электроды на мозг, чтобы определить границы областей, участвующих в речи и движении, и избежать этих жизненно важных областей во время операции.
"Мы уже смогли создать картину бодрствующего человеческого мозга с более высоким разрешением, чем когда-либо прежде", - говорит Майкл Магер, соучредитель и генеральный директор Precision.
В октябре компания объявила о приобретении предприятия для более масштабного производства своих массивов. По словам Мейджера, команда из 11 человек производит несколько сотен массивов в месяц. Первоначально компания Precision планирует использовать свое устройство, чтобы помочь парализованным людям управлять компьютером и общаться в цифровом формате. В конечном итоге компания намерена лечить целый ряд неврологических и нейродегенеративных заболеваний, включая тревогу, депрессию и слабоумие.
Компания Motif Neurotech также решает проблему психических заболеваний. Ее устройство предназначено для излучения импульсов электрической стимуляции для восстановления здоровой активности цепи. Будущая версия устройства будет считывать данные о состоянии мозга и реагировать на них.
В сентябре компания из Хьюстона объявила, что хирурги временно установили ее устройство размером с горошину в череп пациента, которому удаляли опухоль мозга. Результаты, которые еще не прошли рецензирование, показали, что Motif может эффективно доставлять стимуляцию в мозг, не вступая с ним в контакт. Имплантат находился над мозгом всего несколько минут.
Исследователи также обнаружили, что они могут обеспечить безопасную и эффективную стимуляцию мозга у свиней в течение месяца. Компания Motif хочет использовать устройство для помощи людям с устойчивой к лечению депрессией, от которой страдают миллионы людей в США.
"Я думаю, есть возможность стать менее инвазивной, - говорит Робинсон. Установка имплантата в череп, а не в мозг, позволит избежать повреждения тканей, кровотечения и инфекции". Устройство компании Neuralink также предназначено для установки в череп, но оно имеет тонкие нити, которые проникают в ткани мозга. Устройство Motif размещается в черепе чуть выше твердой мозговой оболочки - защитной мембраны, которая обволакивает ткани мозга. Устройство будет воздействовать на префронтальную кору, которая нарушена у пациентов с большим депрессивным расстройством.
Имплантат питается от беспроводной магнитоэлектрической технологии, разработанной Робинсоном в Университете Райса, что устраняет необходимость в батарее. Специальный колпачок, который надевается примерно на 20 минут в день, заряжает стимулятор.
Good Vibrations
В этом году компания Forest Neurotech из Лос-Анджелеса также начала работу над решением проблем психических и когнитивных расстройств. Цель некоммерческого стартапа - миниатюризировать ультразвук в нейронном имплантате. Он активно работает над созданием устройства первого поколения совместно с партнером Butterfly Network, ультразвуковой компанией из Массачусетса. Вместо того чтобы фиксировать электрическую активность, предлагаемое компанией Forest устройство будет использовать звуковые волны для считывания информации с мозга и оказания терапевтической стимуляции.
Ультразвук работает путем излучения высокочастотных звуковых волн в теле и измерения "эха" этих звуковых колебаний. Звуковые волны проходят с разной скоростью через различные типы тканей. Кость не проницаема для звуковых волн, поэтому Forest планирует встроить свое устройство в череп. Норман говорит, что представляет себе процесс установки как короткую амбулаторную процедуру, а не инвазивную операцию на мозге.
В ноябре Норман и его соавторы опубликовали результаты исследования, показавшего, что ультразвук может обеспечить работу BCI. Они использовали функциональный ультразвук для измерения изменений кровотока в мозге двух макак-резусов, в то время как животные выполняли движения руками и глазами. Обезьян учили либо планировать движение руки, чтобы направить курсор на экран, либо планировать движение глаз, чтобы посмотреть на определенную часть экрана. После обучения им нужно было только думать о выполнении задачи по управлению компьютером.
Роберт Гонт, исследователь из лаборатории нейроинженерии реабилитационного центра при Питтсбургском университете, изучающий BCI, рад разнообразию разрабатываемых устройств. "Для некоторых применений, возможно, не придется проникать в мозг", - говорит он. "Но довольно большой кусок нашего мозга находится в этих складках и сгибах". Для выполнения более сложных действий могут потребоваться новые технологии, которые проникают глубже в мозг, не повреждая нежные ткани.
На данный момент он считает, что у простых устройств больше шансов стать эффективными, потому что чем меньше движущихся частей, тем меньше вероятность того, что что-то может пойти не так.
"Мы находимся на этапе, когда было продемонстрировано достаточно возможностей, чтобы компании начали пытаться создавать реальные продукты и медицинские устройства", - говорит Гонт. "Удастся ли кому-то из них добиться успеха - это уже совсем другая история".