Μια πρωτοποριακή εξέλιξη στον τομέα των διεπαφών εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI) έρχεται από την Κίνα, όπου επιστήμονες της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών κατάφεραν να δώσουν σε έναν παράλυτο άνδρα τον έλεγχο έξυπνων αναπηρικών καρεκλών, ρομποτικών σκύλων, ακόμη και να του επιτρέψουν να αναλάβει πληρωτή εργασία, όλα μέσω της δύναμης της σκέψης.
Αυτή η σημαντική πρόοδος, που ανακοινώθηκε από το Κέντρο Αριστείας στην Επιστήμη του Εγκεφάλου και την Τεχνολογία Νοημοσύνης (CEBSIT) αυτή την εβδομάδα, σηματοδοτεί την πρώτη φορά που ένα άτομο με σοβαρό τραυματισμό του νωτιαίου μυελού επιτυγχάνει σταθερό, πραγματικό έλεγχο πολλαπλών ρομποτικών βοηθημάτων, χρησιμοποιώντας ένα πλήρως εμφυτεύσιμο, ασύρματο σύστημα BCI.
Ο ασθενής, ο οποίος δεν μπορούσε να κινήσει τίποτα κάτω από τον αυχένα, έχει πλέον ανακτήσει πρωτοφανή δύναμη. Μπορεί να παραγγείλει έτοιμο φαγητό και να το φέρει στο σπίτι με τη βοήθεια ενός ρομποτικού σκύλου, να ταξινομεί προϊόντα από απόσταση για εργασία και να κινείται στη γειτονιά του.
Η επιτυχία αυτή υλοποιεί το όραμα πίσω από το project “Telepathy” του Elon Musk, μια κατοχυρωμένη με εμπορικό σήμα ιδέα που στοχεύει να επιτρέπει στους ανθρώπους να ελέγχουν συσκευές με το μυαλό τους. Ενώ οι κλινικές δοκιμές της Neuralink βρίσκονται ακόμη σε πρώιμα στάδια, όπως η δυνατότητα των ασθενών να παίζουν βιντεοπαιχνίδια και να πίνουν νερό, η Κίνα έχει ήδη προχωρήσει στην πραγματική εφαρμογή.
Παρόλο που η Neuralink είχε ένα αρχικό προβάδισμα στον αγώνα για τις διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής, η Κίνα διαθέτει ένα πολύ πιο ολοκληρωμένο και εκτεταμένο βιομηχανικό οικοσύστημα. Η μετατροπή του ελέγχου μέσω του νου σε πραγματικότητα απαιτεί περισσότερα από ένα εξελιγμένο νευρικό εμφύτευμα – χρειάζεται αρμονική συνεργασία μεταξύ νευροτεχνολογίας υψηλής ακρίβειας, ασύρματης επικοινωνίας με εξαιρετικά χαμηλή καθυστέρηση, προηγμένης αποκωδικοποίησης τεχνητής νοημοσύνης και κορυφαίας ρομποτικής.
Οι δυνάμεις της Κίνας στην 5G/6G, στους ημιαγωγούς νέας γενιάς και στις ταχύτατες εξελίξεις στην ευφυή ρομποτική – όπως φαίνεται από τα αυτόνομα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και τα έξυπνα οικιακά συστήματα – δημιουργούν ένα ιδανικό περιβάλλον για την κλιμάκωση και την ανάπτυξη εφαρμογών που ελέγχονται από τον εγκέφαλο. Αυτή η ακμάζουσα βιομηχανία παραγωγής δίνει στην Κίνα ένα κρίσιμο πλεονέκτημα στη μετατροπή της σκέψης σε δράση, πιο γρήγορα και πιο συνεκτικά από ό,τι μπορεί να ανταγωνιστεί οποιαδήποτε μεμονωμένη εταιρεία στις ΗΠΑ αυτή τη στιγμή.
Ο Pu Muming, ακαδημαϊκός της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και ακαδημαϊκός διευθυντής του CEBSIT, δήλωσε την Τετάρτη στην κρατική τηλεόραση της Κίνας ότι η έρευνα επιβεβαίωσε την ασφάλεια των ηλεκτροδίων στον εγκέφαλο, τη μακροχρόνια σταθερότητά τους και τη σταθερότητα της εγγραφής και αποκωδικοποίησης σημάτων. Αυτά είναι απαραίτητα βήματα για τις επεμβατικές διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής να προχωρήσουν προς πρακτικές ιατρικές εφαρμογές. Κοιτάζοντας προς το μέλλον, ο Pu δήλωσε ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να επιτρέψει εφαρμογές όπως η αποκωδικοποίηση ομιλίας από εγκεφαλικά σήματα.
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τους επιστήμονες Zhao Zhengtuo και Li Xue, χρησιμοποίησε ένα ασύρματο επεμβατικό σύστημα BCI υψηλής απόδοσης (WRS01). Αυτό επέτρεψε σε ένα άτομο με σοβαρό τραυματισμό του νωτιαίου μυελού να επιτύχει σταθερό έλεγχο σχεδόν οποιασδήποτε έξυπνης συσκευής με ασύρματη σύνδεση.
Ο ασθενής, γνωστός ως “κ. Zhang”, υπέστη τραυματισμό του νωτιαίου μυελού από πτώση το 2022, με αποτέλεσμα υψηλού επιπέδου παραπληγία. Μετά από πάνω από ένα χρόνο παραδοσιακής αποκατάστασης με ελάχιστη βελτίωση, η ακούσια κίνησή του περιοριζόταν στο κεφάλι και τον αυχένα του.
Στις 20 Ιουνίου, υποβλήθηκε σε χειρουργική επέμβαση για την εμφύτευση του WRS01 στο νοσοκομείο Huashan, που συνδέεται με το Πανεπιστήμιο Fudan στη Σαγκάη. Η χειρουργικά εμφυτευμένη διεπαφή εγκεφάλου-μηχανής αποτελούνταν από δύο μέρη: τους αισθητήρες εμπρόσθιας όψης και τον επεξεργαστή οπίσθιας όψης. Οι αισθητήρες εμπρόσθιας όψης έχουν διάμετρο περίπου 5mm έως 8mm (0,19 έως 0,3 ίντσες). Ενσωματώνονται στον εγκέφαλο του λήπτη εμφυτεύματος χρησιμοποιώντας εύκαμπτα ηλεκτρόδια.
Μετά την εμφύτευση των αισθητήρων, ο χειρουργός δημιουργεί μια αυλάκωση πάχους 3mm έως 5mm στο κρανίο του ασθενούς, στη συνέχεια ενσωματώνει και ασφαλίζει το τσιπ επεξεργαστή οπίσθιας όψης. Μετά την εμφύτευση, ο Zhang φοράει ένα “καπέλο” που περιέχει ενσωματωμένες εξωτερικές συσκευές, τοποθετημένο από την ομάδα έρευνας και ανάπτυξης, συμπεριλαμβανομένης μιας ασύρματης παροχής ενέργειας και ενός δέκτη σήματος. Αυτά τα χαρακτηριστικά επιτρέπουν στο καπέλο να ευθυγραμμίζεται και να συνδέεται αποτελεσματικά με το εμφύτευμα, ενώ τα ηλεκτρόδια του εμφυτευμένου τσιπ μπορούν να συνδεθούν αυτόματα στο σύστημα του καπέλου.
Μέσα σε δύο έως τρεις εβδομάδες εκπαίδευσης μετά την επέμβαση, ο Zhang έγινε το πρώτο άτομο που έλεγξε έναν κέρσορα υπολογιστή και συσκευές όπως ένα tablet, καθαρά μέσω εγκεφαλικών σημάτων, φτάνοντας τα αποτελέσματα κλινικών δοκιμών από τις αρχές του έτους. “Έχουν περάσει πάνω από τρία χρόνια από το ατύχημα, και τώρα μπορώ επιτέλους να εργαστώ ξανά”, δήλωσε σε ένα βίντεο.
Η εργασία του Zhang, επαληθεύοντας τη διανομή προϊόντων από απομακρυσμένες αυτόματες πωλητές χρησιμοποιώντας έναν κέρσορα ελεγχόμενο από τον εγκέφαλο, σηματοδότησε την πρώτη τεκμηριωμένη περίπτωση συμμετέχοντα σε κλινική δοκιμή που εκτελούσε πληρωτή απασχόληση. “Είμαι αυτή τη στιγμή ασκούμενος ταξινομητής. Κάθε μέρα, πρέπει να χρησιμοποιώ έναν υπολογιστή για να ελέγχω τον κέρσορα και να ταξινομώ τα προϊόντα”, είπε. “Είναι λίγο δύσκολο, αλλά για μένα, είναι μια πολύτιμη ευκαιρία.”
Βασιζόμενη σε αυτά τα αποτελέσματα, η ερευνητική ομάδα επέκτεινε επιτυχώς τα σενάρια εφαρμογής του BCI από δισδιάστατες οθόνες στον τρισδιάστατο φυσικό κόσμο. Εκτός από την εργασία από απόσταση, ο νέος τύπος BCI επιτρέπει στον Zhang να ελέγχει ρομποτικούς σκύλους και έξυπνες αναπηρικές καρέκλες. Οι ρομποτικοί σκύλοι μπορούν να παραδίδουν φαγητό, ενώ οι αναπηρικές καρέκλες επιτρέπουν σε άτομα να κατεβαίνουν σκάλες χωρίς βοήθεια.
“Αυτό που με ενθουσιάζει περισσότερο αυτή τη στιγμή είναι αυτός ο συνδεδεμένος ήχος – φαίνεται να έχει επανασυνδέσει ό,τι έχει διακοπεί εδώ και χρόνια”, είπε. Αυτή η στενή σύνδεση αντικατοπτρίζει την ταχεία πρόοδο της Κίνας στην ενσωματωμένη νοημοσύνη και την ρομποτική τεχνολογία. Οι εξελίξεις στην κινεζική ρομποτική, όπως οι ευέλικτοι ρομποτικοί σκύλοι, έρχονται σε πλήρη αντίθεση με τις πρόσφατες κατηγορίες για απάτη που αφορούν το Optimus του Elon Musk.
Αυτή η ικανότητα υποστηρίζεται από τον συνεχή, σταθερό έλεγχο χαμηλής καθυστέρησης που παρέχεται από το κινεζικό σύστημα BCI, επιτρέποντας στους χρήστες να εκτελούν εργασίες σε πολύπλοκα περιβάλλοντα. Η ταχύτητα απόκρισης είναι ένας από τους βασικούς δείκτες του BCI. Η φυσική καθυστέρηση αγωγής των ανθρώπινων νευρωνικών κυκλωμάτων είναι περίπου 200 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Αυτή η μελέτη προσαρμόζει ένα πρωτόκολλο επικοινωνίας για τη μείωση της καθυστέρησης από άκρο σε άκρο. Η απόκτηση σήματος έως την εκτέλεση εντολής συμπιέζεται σε λιγότερο από 100 χιλιοστά του δευτερολέπτου, κάτω από το όριο φυσιολογικής καθυστέρησης. Αυτό καθιστά την εμπειρία ελέγχου του ασθενούς πιο ομαλή και φυσική.
Η έρευνα αποκάλυψε επίσης μια διαδικασία νευρωνικής προσαρμογής. Καθώς αυξάνεται η ικανότητα, η εγκεφαλική δραστηριότητα που σχετίζεται με την εργασία μετατοπίζεται από την εμπλοκή πολλών νευρώνων στην κυριαρχία ενός πιο αποδοτικού υποσυνόλου. Αυτό μειώνει το γνωστικό φορτίο και οδηγεί σε πιο “εσωτερικευμένο” ή διαισθητικό έλεγχο. Με βάση τα δεδομένα αυτής της δοκιμής, η ομάδα ανακοίνωσε ένα αναβαθμισμένο σύστημα – WRS02 – που αύξησε τον αριθμό των καναλιών σε 256. Η πρώτη κλινική δοκιμή του αναμένεται στο εγγύς μέλλον.
