Braintechonderneming van Elon Musk die haar geheimen angstvallig bewaart, pakt uit met gesofisticeerd neuraal implantaat

← ga terug naar Recente technologische ontwikkelingen

26-07-2019

NEUROSCIENCE

Neuralink zegt dat het met een robot meer dan 3.000 flexibel-polymere elektroden kan implanteren in de hersenen van een rat of aap. Het toestel is echter nog lang niet aangepast aan menselijk gebruik. 

Door Gary Stix, Tanya Lewis

Elon Musk. Credit: Getty Images

Dinsdagavond laat betrad Elon Musk, de charismatische en excentrieke CEO van SpaceX en Tesla, het podium van de California Academy of Sciences om een belangrijke mededeling te doen. Het ging deze keer niet om de lancering van een nieuwe raket of een elektrische auto, maar om een systeem dat de activiteit van duizenden neuronen in de hersenen registreert. Met zijn vertrouwde panache zei Musk dat hij deze technologie al volgend jaar op het menselijk brein wil toepassen.

Het werk is het product van Neuralink, een onderneming die Musk in 2016 oprichtte voor de ontwikkeling van een implanteerbare hersen-computerinterface (BCI) met hoge bandbreedte. Hij zegt dat het oorspronkelijke opzet is mensen met quadriplegie de gelegenheid te bieden een computer of smartphone te bedienen met uitsluitend hun gedachten. Musk is echter ambitieuzer: hij wil mensen doen ‘samensmelten’ met AI, zodat ze over een bovenmenselijke intelligentie beschikken — een doelstelling die een grotere hype is dan een concreet plan voor de ontwikkeling van een nieuwe technologie. 

Meer praktisch zei Musk op het gelivestreamde evenement van dinsdag dat “het doel erin bestaat [signalen met de naam] ‘spikes’ in neuronen” te registreren en te stimuleren op een grotere bandbreedte dan tot nog toe het geval was en ervoor te zorgen dat dit systeem veilig is.

Neuralink prototypetoestel. Met dank aan Neuralink

Het systeem, dat gisteren werd onthuld, beantwoordt bijlange na nog niet aan de sciencefictionvisie Musk, maar het is wel een impressionante technische ontwikkeling. Het team zegt dat het nu reikwijdtes ontwikkeld heeft met een heel groot aantal ‘kanalen’ — tot 3.072 flexibele elektroden — die kunnen worden geïmplanteerd in de buitenste laag van de hersenen, de schors, met behulp van een chirurgische robot (waarvan een versie in een preprint verslag dat eerder dit jaar werd gepost op bioRxiv werd omschreven als een ‘naaimachine’). De elektroden zitten verpakt in een klein, implanteerbaar toestel dat geïntegreerde circuits op maat bevat. Het toestel is verbonden met een USB-poort buiten de hersenen (het team hoopt er uiteindelijk een draadloze poort van te maken). Neuralink wil er ook voor zorgen dat de elektroden signalen terug in de hersenen schrijven om zintuigelijke feedback te produceren in de vorm van touch- of visuele stimulatie van het netvlies bij een blinde persoon.* De onderneming meldde in een witboek dat ze publiceerde een aantal initiële resultaten van haar neurale interface bij ratten, en ze voert momenteel experimenten uit op apen aan de Universiteit van Californië, Davis. Niets van dit onderzoek werd al gecheckt door medewetenschappers.

“Meer onderzoek in dit studiegebied is geweldig, en ik vind het fantastisch dat ze er zoveel aandacht aan besteden”, zegt Ken Shepard, een professor Elektrische en Biomedische Engineering aan de Columbia-universiteit. Hij maakt deel uit van een initiatief van het Defense Advanced Research Projects Agency om een flexibele, implanteerbare draadloze chip te ontwikkelen die gebruikmaakt van elektroden op het hersenoppervlak om tot een miljoen neuronen te registreren. Neuralink richt zich op drie thema’s die belangrijk zullen zijn voor alle toekomstige hersen-computerinterfacetechnologie, zegt Shepard: flexibele materialen voor de elektroden, miniaturisering van de elektronica met geïntegreerdecircuittechnologie, en volledig draadloze interactie met toestellen van buitenaf. “Ze hebben betekenisvolle vooruitgang geboekt op de eerste twee vlakken”, zegt hij, maar hij voegt eraan toe dat de uitdagingen zullen bestaan in het kleiner maken van de elektrische connecties tussen de geïntegreerde circuits en de sondes, en nog veel meer elektroden te voorzien zonder het toestel aanzienlijk groter te maken. “De andere grote uitdaging is de regelgeving”, zegt hij, want volgens hem zullen doordringende elektroden op deze schaal bij mensen de nodige hindernissen ontmoeten van het Voedsel- en Geneesmiddelenagentschap van de VS (FDA).

Chirurgische robot van Neuralink. Met dank aan Neuralink

Een van de grote problemen met de bestaande elektroden is dat ze het bloedvatenstelsel kunnen beschadigen als de hersenen bewegen en dat doen ze bij elke ademtocht en hartslag. Het nieuwe toestel wil dit probleem omzeilen met behulp van een smalle, harde naald die de flexibele, op polymeren gebaseerde ‘elektrodedraden’— elk tien keer smaller dan een menselijk haar — inbrengt in de schors, waarbij aders en slagaders angstvallig worden vermeden.

De ‘goudstandaard’ voor neuraal registreren voor BCI-onderzoek is wellicht de Utah Array (Utah-rangschikking), die bestaat uit een hard rooster van tot 128 elektrodekanelen. Deze rangschikking werd met succes gebruikt in een aantal BCI’s, waaronder het BrainGate-toestel dat werd ontwikkeld aan de Brown-universiteit en door collega’s. Het veroorzaakt echter ook een weefselrespons die kan leiden tot schade aan weefsel dat bestaat uit glia (de ondersteunende hersencellen), en dit kan de kwaliteit van de geregistreerde signalen beïnvloeden of schade veroorzaken aan hersencellen. Een ander succesrijk ontwerp is de Neuropixel, een sonde ontwikkeld door onderzoekers aan het Howard Hughes Medical Institute en hun collega’s. Het bestaat uit bijna 1.000 registratiesites op een enkele punt, of schacht, die meer dan 500 neuronen kan registreren in de hersenen van muizen. Het ontwikkelen van instrumenten voor dergelijke neurale registratie van hoge densiteit was een van de doelen van het BRAIN-initiatief van de regering-Obama.

Leigh Hochberg, een professor aan de Brown-universiteit en een van de hoofden van het BrainGate-team, noemt het Neuralink-systeem “een nieuwe en opwindende” neurotechnologie. “Gezien het grote potentieel dat hersen-computerinterfaces hebben om de neurologische functie te herstellen bij mensen met ruggenmergschade, een beroerte, [amyotrofische laterale sclerose], traumatische hersenschade, of andere ziektes of kwetsuren van het zenuwstelsel, ben ik al zeer benieuwd te zien hoe [de onderneming haar] systeem [zal] vertalen naar initiële klinische studies”, voegt Hochberg hieraan toe, die ook neuroloog is aan het Massachusetts General Hospital en het Providence VA Medical Center.

Neuralink claimt dat zijn systeem minstens 1.500 tot 3,000 elektroden kan registreren, afhankelijk van de versie van het toestel die wordt getest. De onderneming beweert dat aangezien haar elektroden veel dunner en flexibeler zijn, er minder kans is op weefselschade. Tijdens het evenement zei Musk dat de reden om te kiezen voor een invasieve BCI — in plaats van een systeem dat neurale signalen detecteert van buiten de hersenen, zoals een elektro-encefalografie — is dat de onderneming signalen van individuele neuronen wil capteren. “Alles wat we zien, waarnemen of denken vormt een actiepotentieel, of ‘spikes’”, zegt hij. Musk stipte aan dat het uiteindelijke doel is ervoor te zorgen dat het toestel van Neuralink beschikbaar is voor iedereen, niet alleen mensen met ernstige neurologische ziektes. Het moet ook worden geïmplanteerd met behulp van een minimale invasieve procedure die te vergelijken is met LASIK-oogchirurgie — al is dit volgens experts nog verre toekomstmuziek.

De onderneming hoopt volgend jaar te beginnen met een eerste onderzoek op mensen, zo zei het team gisteravond. Dat is echter een extreem ambitieuze doelstelling, omdat er eerst goedkeuring nodig is van het FDA.
Andere kenners waren opgezet met het feit dat een onderneming die zich de afgelopen jaren in mysterie gehuld had nu wat transparantie aan de dag legde. “Iedereen stelt het op prijs dat Elon zich achter BCI’s schaart en klaarheid schept in het studiegebied”, zegt Matt Angle, stichter en CEO van Paradromics — een firma die eveneens hogedata-ratio hersen-computerinterfaces ontwikkelt—, die ook deel uitmaakt van het DARPA-project. Angle is niet zo verbaasd over de technische ontwikkelingen. Hij zegt dat de verwezenlijkingen voortbouwen op het eerdere werk van senior wetenschapper Philip ‘Flip’ Sabes en bio-ingenieur Timothy Hanson van Neuralink, toen ze beiden nog werkten aan de Universiteit van Californië, San Francisco. Hij merkt op dat op polymeren gebaseerde elektroden een uitdaging vormen omdat ze niet zo lang meegaan als andere anorganische materialen als ze worden blootgesteld aan de harde omstandigheden in het lichaam. Hij denkt echter dat de microfabricatie-expert van Neuralink, Vanessa Tolosa, en haar team indrukwekkende vooruitgang hebben geboekt op het vlak van materiaalwetenschap. Globaal gezien, zegt Angle, “vond ik het meest significante aspect van de aankondiging dat de onderneming [bereid is] zich open te stellen en te communiceren met de gemeenschap.”

 

Vertaling: Bart De Becker

Bron: Scientific American