Несмотря на современное оборудование и колоссальный опыт в нейробиологии, учёные лишь поверхностно понимают механизм работы головного мозга. Остриём научной атаки на мозг стала коннектомика — наука о клетках мозга, их связях и сигналах во всём многообразии. Это фактически составление карты мозга со всеми его чувствами, мыслями и желаниями. Полное понимание структуры и процессов нервной ткани позволит лечить заболевания и даже оцифровывать личности.

Источник изображений: Google

Наиболее детальное составление карты нервной ткани стало возможным с появлением электронной микроскопии. Электронные микроскопы обеспечивают разрешение с шагом до одного нанометра, позволяя заглянуть даже внутрь клеток. Однако это крайне дорогое и сложное в эксплуатации оборудование, доступное лишь немногим лабораториям в мире. Иное дело — обычные оптические микроскопы, которые впервые оказали услугу биологии без малого 400 лет назад.

Благодаря личному любопытству торговца тканями Антони ван Левенгука, направившего свой примитивный микроскоп на изучение живых микроскопических организмов вместо проверки качества окраски текстиля, мир впервые получил изображения эритроцитов, сперматозоидов и других объектов, невидимых невооружённым глазом.

Сегодня оптические микроскопы широко доступны и относительно недороги — по крайней мере, в сравнении с электронными микроскопами, работающими на основе рассеивания электронных пучков. Однако увеличение оптики не позволяет рассматривать объекты размером менее нескольких сотен нанометров, что делает такие устройства непригодными для изучения нервной ткани. Так было до тех пор, пока Google совместно с учёными из Австрии не создала протокол составления коннектома с использованием оптических микроскопов.

Препринт работы Google и сотрудников Института науки и технологий Австрии (ISTA) появился около года назад. Недавно она была опубликована в журнале Nature. Ранний выход статьи позволил независимым научным группам испытать революционную технологию визуализации нервной ткани и подтвердить её воспроизводимость.

Суть метода LICONN заключается в том, что срез нервной ткани последовательно обрабатывается тремя гидрогелями: два из них формируют каркас внутри всех клеток, а третий закрепляет структуру. В процессе впитывания воды гидрогели увеличиваются примерно в 16 раз, физически растягивая срез ткани. Это делает возможным детальное изучение структуры среза под обычным оптическим микроскопом. Более того, окрашивание белков различными химическими, в том числе флуоресцентными, веществами позволяет выявлять специфические молекулы и белки — чего невозможно достичь при использовании электронной микроскопии.

С помощью предложенного протокола исследователи Google, используя оптический микроскоп, воссоздали коннектом среза головного мозга мыши, включая все нервные отростки нейронов общей длиной около полуметра (дендритов и аксонов). Химическое маркирование позволило выявить синапсы, их ориентацию и даже отдельные нейромедиаторы, а также некоторые специфические молекулы.

Разобраться в этом массиве данных и собрать изображение отдельных участков среза в объёмную карту участка мозга помогли алгоритмы Google и методы машинного обучения. В компании уверены, что предложенная методика и протокол ускорят изучение функций мозга млекопитающих и человека, позволят разрабатывать методы лечения нейродегенеративных заболеваний и даже задуматься об оцифровке личности — фактическом бессмертии сознания.

Компания Microsoft объединила усилия со швейцарским стартапом inait для создания цифрового мозга по образу и подобию живых нейронных тканей. Фактически партнёры намерены создать цифровых двойников живого мозга различной сложности от насекомых до людей. Ожидается, что следование природным и эволюционным принципам даст лучший результат в сфере искусственного интеллекта, чем развитие машинного обучения и нейронных сетей.

Визуализация области неокортекса и таламуса вместе с кровеносными сосудами. Источник изображений: inait

Компания inait была создана в 2018 году, но проект по моделированию нервных тканей во всём их многообразии зародился в начале 2000-х годов в рамках 20-летнего проекта, финансируемого правительством Швейцарии. Проект завершён в декабре 2024 года, и его результаты готовы к передаче заинтересованным исследовательским группам и компаниям.

Генри Маркрам (Henry Markram), руководитель швейцарского проекта и соучредитель inait, сказал, что проект собрал данные исследований мозга млекопитающих и послужил основой для написания 18 млн строк компьютерного кода для создания симуляций.

«В основном он был создан на основе мозга мыши, но это универсальный рецепт, и его можно использовать для воссоздания или копирования мозга других видов — от муравьёв вплоть до людей», — сказал он.

Биологически точные цифровые копии человеческих органов и непосредственно мозга обещают лучше справляться с задачами обучения и принятия решений, чем традиционные компьютерные модели и нейросети, используемые до сих пор. Более того, для большинства прикладных задач нет нужды воспроизводить процессы во всём мозге, что значительно упрощает создание ИИ на базе цифровых двойников. Биржевым трейдером или оператором дрона может работать функционально самодостаточный «фрагмент» цифровой версии мозга.

Кроме того, цифровой двойник мозга после передачи клиенту продолжит обучаться, становясь совершеннее со временем.

Исполнительный директор inait Ричард Фрей (Richard Frey) сказал, что компания была основана «с идеей, что единственная подтверждённая форма интеллекта находится в мозге, и если бы мы смогли овладеть мозгом, то смогли бы создать совершенно другой, очень мощный, новый вид искусственного интеллекта».

Он добавил: «Я рад, что сейчас мы создаём продукты, в которых обучаем цифровые мозги различных размеров и типов решать самые сложные задачи, с которыми сталкиваются сегодня основные отрасли».

Компания Microsoft намерена использовать опыт и наработки inait для расширения возможностей своих ИИ-моделей для собственных клиентов. В финансовом секторе партнёрство будет сосредоточено на предоставлении передовых торговых алгоритмов, инструментов управления рисками и персонализированных консультаций. В области робототехники это поможет разработать машины для промышленного производства, которые будут более адаптированы к сложным и динамичным условиям.

Цифровая реконструкция гиппокампа с 800 000 нейронами

«inait внедряет новую парадигму искусственного интеллекта, выходя за рамки традиционных моделей, основанных на данных, и создавая цифровой мозг, способный к истинному познанию», — сказал Адир Рон (Adir Ron), директор Microsoft по облачным технологиям и ИИ для стартапов в регионе EMEA (Европа, Ближний Восток, Африка).

Разработанная в рамках швейцарского проекта технология моделирования предоставляется исследователям в виде набора бесплатных продуктов и продуктов по подписке от Института открытого мозга, некоммерческой организации, основанной Генри Маркрамом. По его словам, это также может стать основой для создания специальных симуляций, которые позволят учёным исследовать и лучше понимать неврологические заболевания, такие как аутизм.

Раньше при исследовании нервной ткани мозга учёные создавали атласы коннектомов — связей нейронов через синапсы для передачи нервных импульсов (мыслей и желаний). Компания inait пошла дальше. Она как бы оживила такие атласы, создав модель работающего мозга, что в Microsoft надеются поставить на службу человеку в виде искусственного интеллекта, мыслящего подобно ему же.

Учёные компании Meta✴ разработали систему, способную интерпретировать мозговые сигналы и определять, какие клавиши нажимает человек, не прибегая к прямому наблюдению. В ходе эксперимента, проведённого с участием 35 добровольцев, алгоритм на основе глубокой нейронной сети оказался способен достигать 80 % точности при распознавании букв. Однако эта технология остаётся исключительно лабораторной. Несмотря на все ограничения, Meta✴ рассматривает этот проект как стратегическое направление, способное пролить свет на механизмы человеческого мышления и способствовать развитию ИИ.

Источник изображений: ai.meta.com

В далёком 2017 году Марк Цукерберг (Mark Zuckerberg) объявил, что Facebook✴ работает над технологией, которая позволит «набирать текст прямо из мозга». Тогда компания планировала создать компактное устройство — например, шапку или повязку, способную считывать мозговые сигналы и преобразовывать их в текст без необходимости вживления имплантов. Однако реализация этой идеи столкнулась с серьёзными техническими ограничениями, и спустя четыре года Facebook✴ отказался от разработки потребительской версии устройства.

Несмотря на сворачивание коммерческого проекта, Meta✴ продолжила финансировать фундаментальные исследования в области нейронаук. В новой работе, результаты которой изложены в двух препринтах и в блоге компании, учёные использовали метод магнитоэнцефалографии (MEG) — технологию, фиксирующую слабые магнитные поля, создаваемые нейронной активностью. Полученные сигналы подвергались обработке глубокой нейронной сетью, что позволило анализировать мозговую активность человека и сопоставлять её с конкретными нажатиями клавиш.

Жан-Реми Кинг (Jean-Rémi King), руководитель исследовательской группы Meta✴ «Brain & AI», подчёркивает, что главной целью проекта является не создание конечного продукта, а изучение фундаментальных принципов интеллекта. По его словам, понимание архитектуры и механизмов работы человеческого мозга может открыть новые пути в разработке ИИ-систем. В ходе эксперимента система продемонстрировала способность с точностью до 80 % распознавать буквы, которые набирает опытный пользователь, анализируя только мозговые сигналы. Такой уровень точности позволил исследователям воссоздавать целые предложения на основе зарегистрированных нейросигналов. «Попытка понять точную архитектуру или принципы работы человеческого мозга может стать ключом к развитию машинного интеллекта. Именно этот путь мы и исследуем», — утверждает Кинг.

Эксперимент с 35 участниками использовал EEG/MEG и модель Brain2Qwerty для декодирования текста из мозговых сигналов человека

Однако даже несмотря на впечатляющие результаты, технология остаётся далёкой от практического применения. В эксперименте использовался громоздкий магнитоэнцефалографический сканер стоимостью более $2 млн. Его работа требует помещения с мощной магнитной защитой, поскольку естественное магнитное поле Земли превосходит мозговые сигналы в триллион раз, создавая сильные помехи. К тому же система чрезвычайно чувствительна к движениям: малейшее смещение головы испытуемого приводит к потере сигнала. Кинг подчёркивает, что такие ограничения делают проект непригодным для коммерциализации.

Исследование проводилось на базе Баскского центра познания, мозга и языка (BCBL) в Испании. В нём приняли участие 35 добровольцев, каждый из которых провёл около 20 часов в сканере, набирая текст на испанском языке. Среди вводимых фраз были предложения, например: «el procesador ejecuta la instrucción» («процессор выполняет инструкцию»). Разработанная Meta✴ система, получившая название Brain2Qwerty, анализировала мозговые сигналы участников и сопоставляла их с соответствующими нажатиями клавиш.

На первом этапе обучения алгоритму требовалось проанализировать тысячи введённых символов, прежде чем он мог начать предсказывать буквы, основываясь на зарегистрированных мозговых сигналах. Средний уровень ошибок составил 32 % — почти одна неверно определённая буква на каждые три. Несмотря на это, Meta✴ называет достигнутую точность самой высокой среди всех известных неинвазивных методов набора текста, использующих полный алфавит.

В то время как Meta✴ делает ставку на неинвазивные методы, в области нейроинтерфейсов активно развиваются инвазивные технологии, основанные на вживлении электродов. В 2023 году пациентка с боковым амиотрофическим склерозом (БАС), утратившая способность говорить, вновь обрела возможность общаться благодаря нейроинтерфейсу, передающему её мысли в синтезатор речи. Компания Neuralink, основанная Илоном Маском (Elon Musk), разрабатывает имплантируемые устройства, позволяющие парализованным пациентам управлять курсором компьютера. Хотя такие технологии обеспечивают значительно более точное считывание сигналов, они требуют хирургического вмешательства и связаны с рисками.

Meta✴ не занимается разработкой медицинских устройств и делает ставку на фундаментальную науку. В отличие от электродных интерфейсов, магнитоэнцефалографический сканер не может фиксировать активность отдельных нейронов, но даёт исследователям возможность анализировать работу мозга в целом. Этот метод позволяет отслеживать сложные процессы, охватывающие сразу несколько областей мозга, что особенно важно для изучения когнитивных функций и языкового мышления.

Во втором исследовании, проведённом на тех же данных, учёные Meta✴ изучили, каким образом мозг структурирует языковую информацию. Они подтвердили гипотезу о том, что процесс идёт иерархически: сначала формируется общая мысль, затем активируются области, отвечающие за отдельные слова, затем за слоги, и только в последнюю очередь мозг генерирует сигналы, соответствующие конкретным буквам. Хотя эта концепция не является новой, Meta✴ предоставила дополнительные данные о взаимодействии этих уровней и их динамике.

Хотя разработанная система далека от практического применения, её результаты могут оказать влияние на развитие нейроинтерфейсов и ИИ. Современные языковые модели уже используют алгоритмы, имитирующие обработку информации в человеческом мозге, но более глубокое понимание когнитивных процессов, связанных с формированием языка, может стать ключом к созданию по-настоящему интеллектуальных систем.

Наука многое узнала о работе нервных тканей мозга, но тайн от этого меньше не становится. На самом деле учёным не хватает тонких инструментов, чтобы без вреда для человека или животного следить за мозговой активностью и процессами на субклеточном уровне. Исследователи из Массачусетского технологического института попытались устранить этот пробел и представили платформу, которую назвали «носимыми устройствами для клеток».

Источник изображения: Pablo Penso, Marta Airaghi

С появлением фитнес-браслетов, умных часов и подобных гаджетов жизнь многих людей изменилась в лучшую сторону. Появилась возможность постоянно следить за своим здоровьем, качеством сна и получать стимул к физической активности. Нечто подобное учёные придумали для клеток нервной ткани. Крошечные плёночные устройства микронного масштаба вводятся в область мозга и обволакивают нервные окончания нейронов — аксоны и дендриты.

Источник изображения: Nature 2024

Обволакивание — сворачивание в трубочку вокруг этих клеточных структур нейронов происходит при активации плёнок светом, что выглядит предпочтительнее хирургического вживления. В своей работе учёные освещали материал зелёным светом в диапазоне 545–555 нм. Обволакивание вдоль или поперёк и до заданного диаметра осуществляется посредством изменения интенсивности и поляризации. Иными словами, это полностью управляемый процесс. Вопрос проникновения вглубь мозга остаётся открытым, но наверняка решаемым, если подобрать диапазон излучения, проникающего сквозь живые ткани.

В качестве материала для искусственных оболочек нервных тканей был испытан азобензол. Он показал полную биосовместимость (в экспериментах на мышах) и может быть использован для работы с нервной тканью человеческого мозга. Поскольку азобензол — это изолятор, его обволакивание нейронных отростков способно повысить их проводимость, что, например, может помочь в лечении таких заболеваний, как атеросклероз, когда живая ткань не может самостоятельно восстановить электроизоляцию.

Исследователи также разработали техпроцесс массового производства азобензольных микронных плёнок относительно простыми методами, не прибегая к использованию чистых комнат, известных в производстве полупроводников. Азобензол наносится на водорастворимую основу и формируется микроштампом, после чего основа растворяется. Это обещает сделать технологию массово доступной.

В перспективе на азобензольной плёнке можно будет создавать гибкие наноэлектронные схемы для управления активностью нейронных отростков или её фиксации. Тогда они станут настоящими фитнес-браслетами для клеток. У нас появится возможность следить за субклеточной активностью и ещё лучше понимать работу мозга и лечить поражающие его заболевания.

Стартап REMspace, который специализируется на технологиях для улучшения сна и осознанных сновидений, помог двум спящим людям обменяться сообщением. Исследование не было проверено академическим научным сообществом.

Источник изображений: youtube.com/@REMspacenet

В эксперименте использовалось «специально разработанное оборудование», сообщили в компании: «сервер», «аппарат», «Wi-Fi» и «сенсоры», но подробности использованной технологии не приводятся. В REMspace помогли добровольцам, которые спали в разных домах, обменяться словом на особом языке. Технологию ещё предстоит исследовать учёным, но если открытие подтвердится, она станет важным достижением в исследовании сна, сможет применяться в психиатрии, обучении навыкам и во многом другом, говорят в компании.

Обмен сообщением производился, когда оба испытуемых находились в состоянии осознанного сновидения, то есть видели сны и знали об этом. Это состояние помогает человеку осуществлять во сне осознанные действия, а не беспорядочно и бесконтрольно взаимодействовать с «миром снов». В REMspace не сообщили, какое именно оборудование использовалось в эксперименте, но рассказали, что «аппарат» отслеживал мозговые волны участников опыта, а «сервер» определял переход человека в осознанное сновидение и генерировал передаваемые добровольцам сообщения.

Обнаружив, что один из участников вошёл в осознанное сновидение, сервер сгенерировал случайное слово из специального языка и передал его испытуемому через наушники. Человек повторил слово во сне, а ответ был зафиксирован и сохранён на сервере. Через восемь минут в состояние осознанного сновидения вошла вторая участница — сервер передал ей сохранённое сообщение от первого участника, и она повторила его после пробуждения. Компания REMspace заявила, что смогла повторить эксперимент с другой парой участников, но исследовательский проект ещё должен пройти строгую проверку, прежде чем можно будет заявить, что связь во сне возможна.

Гендиректор и основатель REMspace, родившийся в Новосибирске Михаил Радуга (или Michael Raduga в США) известен своими смелыми, иногда даже чрезмерно смелыми экспериментами. В минувшем году он, не имея квалификации нейрохирурга, попытался имплантировать в свой мозг чип, который якобы мог изменять ход осознанных сновидений. Чип был удалён в больнице через пять недель — исследование не публиковалось ни в одном рецензируемом журнале и не поддерживалось университетами.

Специализирующаяся на технологиях нейроинтерфейса компания Synchron разработала систему, которая позволяет управлять платформой умного дома при помощи мысленных команд. Пользователь может включать свет в своём доме, видеть через камеру стоящего у двери гостя и выбирать программу просмотра по телевизору — без помощи рук или голосовых команд.

Источник изображений: Synchron

Созданный компанией Synchron интерфейс переводит мозговую активность пользователя в команды, передаваемые службе Amazon Alexa. Виртуальный помощник работает на планшете пользователя, подключённом к устройствам умного дома. Испытать систему согласился пациент с боковым амиотрофическим склерозом — при этой болезни он не может использовать руки, поэтому отдаёт мысленные команды для навигации по опциям системы умного дома и задействует их.

Команды считываются при помощи компонента Stentrode, который встраивается в кровеносный сосуд на поверхности мозга — он содержит электроды, которые обнаруживают двигательные команды. У технологии Synchron есть важное преимущество перед решениями Neuralink — разработанные первой компанией компоненты имплантируются через яремную вену без необходимости вскрывать череп, и они могут оставаться на месте неограниченное время. При этом большинство альтернативных решений требуется через какое-то время удалять.

Компоненты Synchron уже вживлены десяти добровольцам, тогда как Neuralink сообщила об установке своего чипа лишь второму пациенту. При этом имплантаты Neuralink являются более мощными — они оснащаются 1024 электродами для захвата большего количества сигналов мозга для совершения более сложных операций. Компоненты Synchron имеют массивы в 16 электродов, и предназначаются они для более конкретных задач с индивидуально разработанными интерфейсами.

Ранее Synchron, которую поддержали Билл Гейтс (Bill Gates) и Джефф Безос (Jeff Bezos), доложила, что интегрировала свой компонент с гарнитурой смешанной реальности Apple Vision Pro — управление устройством осуществляется при помощи движений глаз и мысленных команд. К сожалению, до вывода технологии на рынок потребуется проделать ещё значительный объём работы: американские нормы требуют многолетних испытаний перед коммерческим запуском.

В журнале IEEE Journal of Solid-State Circuits учёные Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) сообщили о создании нейрочипа, способного быстро и с точностью 91 % распознавать рукописные буквы по сигналам мозга. Разработка учёных из Лозанны значительно превзошла чип Neuralink по многим параметрам. На фоне MiBMI-чипа швейцарцев изделие Neuralink выглядит откровенно устаревшим. Однако у Маска есть преимущество — его чип уже помогает людям.

Источник изображения: EPFL

Экспериментальный чип MiBMI для считывания активности мозга в зоне формирования образов рукописных символов в 23 раза меньше современного чипа Neuralink. Площадь MiBMI составляет всего 8 мм². Более того, ему не нужно, как чипу Neuralink, запускать иглы десятков зондов в нервную ткань (с чем у разработчиков Neuralink уже возникли проблемы — зонды часто выскакивают или смещаются). Зонд MiBMI считывает информацию с поверхности коры головного мозга, что не повлияло на точность его работы.

Швейцарские учёные подошли к решению проблемы распознавания мысленных рукописных символов несколько иначе. Они присвоили буквам алфавита кодовые комбинации — нейронные маркеры. В своей работе учёные обнаружили, что во время мысленного представления пациентами написания той или иной буквы (также это могут быть цифры или другие символы) проявляется серия специфических маркеров. Эти маркеры назвали отличительными нейронными кодами (Distinctive Neural Codes, DNC).

Коды DNC стали своего рода сокращениями для каждой буквы, что позволяет чипсету MiBMI обрабатывать только сами маркеры. Это позволило обрабатывать по сотне байт нейросигналов на каждый код (символ) вместо обычных тысяч байт информации о нервной активности при традиционных методах распознавания «мыслей». Использованное упрощение значительно снизило энергопотребление чипа и ускорило обработку данных. Также это позволит сократить время обучения других пациентов, пожелавших воспользоваться имплантатом.

На современном этапе чип распознаёт 31 рукописный символ (код), но его возможности будут расширены до сотни символов. Приложение не ограничится только чтением текстов в головах пациентов. Чип можно научить распознавать и другие виды мозговой активности. В проведённых экспериментах чип MiBMI распознавал мысленное написание рукописных текстов с точностью 91 %. Стоит отметить, что чип не тестировался на живых людях; он обрабатывал сигналы, полученные в предыдущих экспериментах. В этом плане чип Neuralink, каким бы он ни казался устаревшим по сравнению с новинкой, уже разрешён для клинических испытаний на людях. А это, пожалуй, самое сложное в такой работе — доказать безопасность использования и начать помогать людям.

В прошлом месяце в рамках исследовательской программы PRIME Study компания Neuralink Илона Маска (Elon Musk) вживила свой мозговой имплант второму пациенту, который известен как Алекс. Теперь стало известно, что он уже использует его для творчества и игр, включая соревновательный шутер Counter-Strike 2.

Источник изображений: Neuralink

Ставший парализованным после травмы спинного мозга Алекс и раньше играл в Counter-Strike 2 с помощью управляемого ртом контроллера QuadStick, но при этом он не мог перемещаться и наводить оружие на цель одновременно, как обычный игрок Counter-Strike. Но теперь, благодаря импланту в сочетании с контролёром, это стало возможным.

«Просто бегать (в процессе игры) так приятно, потому что я могу смотреть по сторонам и не нужно двигать QuadStick влево и вправо, — сообщил в среду Алекс в блоге Neuralink. — Я могу (думать о том, куда) смотреть, и персонаж будет идти туда, куда я хочу. Это нереально».

Наряду с играми Алекс использует имплант для разработки 3D-проектов с помощью CAD-приложения. Специально для Алекса разработали специальное крепление для удерживания зарядного устройства для импланта Neuralink, которое напечатали на 3D-принтере.

Напомним, что у первого пациента Neuralink возникли проблемы с имплантом — через некоторое время после операции около 85 % тончайших электродов, подсоединённых к его мозгу, сместилось, снизив возможности считывания нейронных сигналов. Чтобы избежать повторения ситуации компания разработала ряд усовершенствований, которые включают снижение вероятности образования воздушного кармана во время операции и более глубокую установку имплантата в мозговую ткань. «Обнадёживает то, что мы не наблюдали ретракции нитей у нашего второго участника», — заявила компания.

Neuralink также сообщила, что работает над улучшением технологии, «чтобы обеспечить полную функциональность мыши и контроллера видеоигр». «Кроме того, мы планируем дать возможность Link (мозговому чипу) взаимодействовать с физическим миром, что позволит пользователям самостоятельно питаться и передвигаться более независимо, управляя роботизированной рукой или своей инвалидной коляской», — заявили в компании.

Десять лет кропотливой работы привели к появлению первой в мире объёмной карты фрагмента человеческого мозга с субклеточным разрешением. В одном кубическом миллиметре серого вещества женского мозга обнаружено 57 тыс. клеток и 150 млн синапсов. Карта раскрыла детали всех хитросплетений нервной ткани во всём многообразии обнаруженных там клеток, среди которых нашлись неизвестные науке, что вывело изучение топологии мозга на новый уровень.

Источник изображения: Harvard and Google

Ещё в 2014 году женщине с диагнозом эпилепсия была сделана операция по удалению крошечного участка cortex cerebri — ткани серого вещества головного мозга, покрывающей оба полушария тонким слоем. Группа учёных из Гарвардского университета взялась восстановить как можно более точную объёмную карту образца. Для этого ткани насытили тяжёлыми металлами, которые связались с липидным слоем мембран нервных клеток и проявили их для считывания электронным микроскопом. Затем ткани напитали отвердевающим раствором и нарезали на пластинки толщиной по 34 нм, после чего начали сканирование и составление карты.

Объём сырых данных по 2D-срезам составил 1,4 Пбайт. Для обработки информации по сшиванию изображений в один 3D-объект учёные запросили помощи у компании Google. Последняя предоставила ресурсы на основе систем машинного обучения. Кроме этого, учёные вручную раскрашивали ткани в самых сложных случаях и проверяли точность работы модели. Для лучшей визуализации самые маленькие клетки окрасили в синий цвет, а самые большие — в красный. Клетки промежуточных размеров получили свои цвета из обычной спектральной палитры.

На выходе получилась самая подробная на сегодня интерактивная карта объёма ткани мозга человека с субклеточным разрешением. Она выложена в открытый доступ, чтобы любой научный коллектив мог использовать карту для собственных исследований. Карта проявила много удивительного и даже неожиданного. Например, учёные обнаружили расширения нервных клеток в виде яйцевидных клеток-отростков неизвестного назначения, которые раньше науке не были известны. Обнаружены также зеркальные по форме клетки и нейроны, опутавшие нервной тканью сами себя.

Изучение карты нервной ткани позволит прояснить топологию сети и работу её отдельных участков. Это важно не только для понимания работы мозга, что поможет лечить множество связанных с ним заболеваний, но также обещает оказать влияние на развитие технологий искусственного интеллекта. А развить их можно только понимая основы — работу человеческого мозга, которая пока полна загадок.

Учёные давно подозревают, что с высшей умственной деятельностью что-то нечисто, что она может опираться не только на обычную биохимию, но также на квантовые явления. Интуиция, спонтанность принятия решений и другие малопонятные умственные процессы оставляют простор для спекуляций на тему квантовой природы человеческого сознания. Новая работа китайских учёных показывает, что нервная ткань человеческого мозга совместима с квантовыми явлениями.

Источник изображения: Pixabay

Исследователи из Шанхайского университета в журнале Physical Review E опубликовали статью, в которой изучили возможности протекания квантовых химических реакций в нервных клетках человеческого мозга. Подчеркнём, учёные не открыли и не зафиксировали квантовых процессов в мозге. Они лишь определили физическую осуществимость квантовых явлений в живой нервной ткани.

Как поясняют учёные: «Сознание в мозге зависит от синхронизированной активности миллионов нейронов, но механизм, ответственный за организацию такой синхронизации, остаётся неуловимым. В этом исследовании мы используем квантовую электродинамику резонатора для изучения генерации запутанных двойных фотонов посредством каскадного излучения в спектре колебаний С-Н-связей в хвостах липидных молекул».

Углерод-водородные связи, о которых говорят исследователи, находятся в изолирующей оболочке аксонов (в «хвостах» нейронов, передающих нервный импульс другим нейронам). Эта миелиновая оболочка может быть представлена в виде условного полого цилиндра. Цилиндр может служить резонатором, который способен усиливать рождённые в нейронах инфракрасные фотоны. Этим учёные обосновывают возможность перехода от квантового микроуровня (от молекул и атомов) до макроуровня живых клеток и клеточных процессов (биохимии).

Источник изображения: Physical Review E

Импровизированные резонаторы в виде миелиновых оболочек способны не только усиливать, но также запутывать пары фотонов — придавать им одну и туже волновую функцию. Затем плазма и протекающие в мозге биохимические реакции разносят связанные фотоны по всему мозгу, что может создавать механизм глобальной синхронизации мыслительных процессов. Это ещё не открытие этого неуловимого механизма, но вполне объясняющая его работу концепция. Разгадав тайну сознания, человек шагнёт на путь к его бессмертию. Пугающая и бесконечно привлекательная перспектива. Вполне в духе квантовых явлений.

Ноланд Арбо (Noland Arbaugh), 29-летний американец, который первым получил мозговой имплант Neuralink, рассказал «РИА Новости», как ему живётся с этим устройством в голове. Доброволец пользуется технологией по десять часов в день и не испытывает усталости.

Источник изображения: neuralink.com

Десять часов работы с имплантом Neuralink в день — это ещё не предел, рассказал Ноланд: однажды, когда ему не спалось, он включил устройство в два часа ночи и пользовался им 17 часов кряду — он играл и два раза зарядил его при помощи беспроводной станции. Но чаще он пользуется имплантом около десяти часов в день, четыре из которых приходятся на сотрудничество с разработчиками Neuralink. Впрочем и оставшиеся шесть часов также идут на пользу исследованию.

«Мы работаем по четыре часа с понедельника по пятницу – это структурированные сессии с Neuralink, во время которых мы проводим исследования», — рассказывает Арбо.

Семь лет назад Арбо пережил несчастный случай, получил повреждение спинного мозга и оказался парализован, а в январе 2024 года стал первым добровольцем, которому установили имплант Neuralink — он по беспроводному каналу передаёт команды из мозга на компьютер. Чтобы отдать команду, Ноланд представляет движение, которое хочет совершить — устройство получает сигналы мозга и переводит их в команды, причём оно дополнительно обучается. В какой-то момент работа с устройством вышла на новый уровень: если раньше пользователь пытался совершить движение, чтобы курсор его повторил, то сейчас просто думает, чтобы тот двигался, и курсор ему подчиняется. «Я больше не пытаюсь совершить само движение, чтобы курсор двигался, я лишь думаю о том, чтобы он двигался, и он движется», — рассказывает подопытный.

Также Арбо поделился своим мнением касательно того, что многие электроды устройства Neuralink в его голове сместились и перестали снимать сигналы в процессе использования. Несмотря на первоначальные трудности, связанные с отходом электродов от мозга, Арбо отмечает значительный прогресс после проведенной перенастройки устройства. По словам подопытного, хотя в настоящее время функционирует лишь около 15 % электродов, эффективность импланта заметно возросла по сравнению с тем, что было в начале. «Сейчас я способен на гораздо большее, чем в начале эксперимента. Это просто сносит крышу», — подчеркнул он.

Энтузиазм Арбо распространяется и на будущее технологии. Он предполагает, что если у следующих участников эксперимента удастся достичь полной или почти полной активации электродов, это может открыть совершенно новые возможности. В целом, Арбо остается оптимистичным и воодушевленным результатами эксперимента, подчеркивая, что даже при текущих ограничениях технология демонстрирует впечатляющий потенциал.

Владелец компании Neuralink Илон Маск (Elon Musk) недавно выразил надежду, что на этом развитие технологии не остановится, и в перспективе люди с имплантом будут действовать даже «более эффективно, чем обычные люди». В ближайшие недели устройство будет установлено второму добровольцу.

В конце июня стало известно, что стартап Илона Маска (Elon Musk) Neuralink был вынужден отказать в проведении операции по установке импланта в мозг второго пациента в своей истории из-за проблем со здоровьем у кандидата. Теперь глава компании заявляет, что операция с участием второго пациента будет проведена через неделю с небольшим, а до конца года количество участников испытаний приблизится к десяти.

Источник изображения: Neuralink

Данные заявления были сделаны во время трансляции на страницах социальной сети X с участием сотрудников Neuralink, как отмечает Bloomberg. Помимо уже существующих функциональных возможностей импланта, обсуждались потенциальные новые функции. В частности, помимо борьбы с параличом конечностей и мышц, такие импланты могут участвовать и в восстановлении потерянной человеком памяти. Опыт проведения операции на первом пациенте, Ноланде Арбоу (Noland Arbaugh, на фото выше), поможет Neuralink избежать проблем и ошибок в последующих медицинских экспериментах.

Илон Маск традиционно использовал эту площадку для своих амбициозных технологических проповедей. Мозговые импланты, по его словам, должны позволить человечеству избежать долгосрочных цивилизационных рисков, связанных с искусственным интеллектом, поскольку позволят создать симбиоз с человеческим интеллектом. «Идея заключается в том, чтобы наделить человека сверхспособностями», — резюмировал глава компании.

Как признался Маск, в последующих операциях по вживлению имплантов в черепную коробку Neuralink постарается нейтрализовать риски, с которыми столкнулся первый пациент. Напомним, что из-за естественной «миграции» головного мозга внутри черепной коробки часть электродов, соединяющих их, выскочила из тонких отверстий в коре головного мозга и перестала функционировать должным образом. Робот, который отвечает за часть манипуляций при установке импланта, будет использовать складки головного мозга для более надёжного внедрения электродов, а корпус самого импланта будет устанавливаться «заподлицо» с кожным покровом головы, как пояснил глава Neuralink.

Маск также заявил, что пациенты смогут модернизировать используемые ими мозговые импланты по мере необходимости. Глава компании подчеркнул, что Neuralink хорошо заботится о тех животных, которых использует для испытаний имплантов и проведения операций по их вживлению. Ранее компанию обвиняли как в нарушении правил обращения с биологическими отходами, так в негуманном обращении с подопытными животными.

Компания Neuralink Илона Маска (Elon Musk) отменила операцию по вживлению импланта в мозг второму пациенту, которая должна была состояться в прошлый понедельник, из-за состояния его здоровья, сообщил ресурс Bloomberg со ссылкой на Майкла Лоутона (Michael Lawton), гендиректора Неврологического института Барроу.

Источник изображения: Neuralink

Как рассказал Лоутон в телефонном интервью ресурсу, у пациента были проблемы со здоровьем, из-за которых проведение подобной операции на данный момент было невозможным. Следующему кандидату на участие в программе клинических испытаний Neuralink, скорее всего, проведут операцию в следующем месяце в клинике Барроу.

«Выбор подходящего пациента для такого исследования, как это, важен, — сказал Лоутон. — Все, кто участвует в нем, как клинически, так и хирургически, намерены провести его должным образом».

Пациент, операцию которого отменили, страдает боковым амиотрофическим склерозом, также известным как болезнь Лу Герига. Это неизлечимое заболевание, которое вызывает деградацию нервных клеток спинного и головного мозга и, в конечном итоге, приводит к полному параличу мышц.

Утверждённой программой клинических испытаний Neuralink предусмотрено проведение операций на трёх пациентах с завершением предварительного этапа в 2026 году. Первый пациент, Ноланд Арбоу (Noland Arbaugh), заявил, что вживление импланта изменило его жизнь.

Компания Precision Neuroscience, созданная выходцами из компании Neuralink Илона Маска (Elon Musk), сообщила об установлении рекорда по числу одновременно работающих на живом мозге электродов. На мозг находящегося под наркозом пациента установили четыре датчика с общим числом электродов 4096 штук. Площадь покрытия составила 8 см². Так подробно активность мозга ещё не изучалась, уверяют разработчики.

Источник изображения: Precision Neuroscience

Компанию Precision Neuroscience в 2021 году создал один из соучредителей Neuralink — нейрохирург Бенджамин Рапопорт (Benjamin Rapoport). По его признанию, создаваемые в компании Neuralink нейроимплантаты — это не лучшее и, в какой-то мере, опасное для пациента решение. Опыты на животных и установка имплантата первому пациенту показали, что тончайшие датчики-иглы отторгаются мозговой тканью и быстро прекращают работать. Так, спустя несколько недель после установки в мозг пациента 85 % датчиков перестали собирать информацию — были отторгнуты или сместились.

По мнению Рапопорта, нужны менее инвазивные и потому более надёжные технологии, например, такие, как предлагает его компания — это массив электродов на тончайших плёнках, которые не проникают в ткани мозга, но как бы прилипают к нему. Плёнки заводятся под черепную коробку через тончайшие прорези в ней и там разворачиваются. По крайней мере, так будет после начала коммерческого использования технологии, что ожидается уже в 2025 году.

Пока компания провела 14 экспериментов на вскрытых во время операций мозгах пациентов для определения чувствительности датчиков. Все операции были плановыми по удалению опухолей мозга. Пока мозг был открыт, пациентам с их согласия на время устанавливали датчики Precision Neuroscience. Поток информации был беспрецедентным, делятся успехами разработчики. Рекорд был установлен ранее в этом году, когда пациенту установили сразу четыре датчика с общим числом электродов 4096 штук на площади 8 см². Это в четыре раза больше, чем в случае нейроимпланта Neuralink, если предположить, что все его датчики-иглы встали на место и успешно работают.

«Этот рекорд — значительный шаг к новой эре, — написал Рапопорт в пресс-релизе. — Способность улавливать кортикальную информацию такого масштаба может позволить нам углубиться в понимание мозга».

Поиски второго добровольца для вживления импланта в головной мозг, судя по записям в правительственной базе данных США, не являются конечным этапом программы клинических испытаний Neuralink, как сообщает Reuters. Согласованный с властями страны план подразумевает проведение клинических испытаний на трёх пациентах. Их предварительный этап должен завершиться в 2026 году.

Источник изображения: Neuralink

Как поясняет источник, предложенный стартапом Илона Маска (Elon Musk) план клинических испытаний предусматривает привлечение к ним пациентов с полным параличом четырёх конечностей в возрасте от 22 до 75 лет. Кандидаты должны демонстрировать отсутствие подвижности четырёх конечностей на протяжении как минимум одного года до начала участия в программе испытаний, а прогноз по сроку их дожития должен превышать 12 месяцев. Пациенты должны иметь сильно ограниченную подвижность кистей рук или страдать от полного её отсутствия из-за повреждений спинного мозга или бокового амиотрофического склероза.

В базу данных кандидатов на участие в клинических испытаниях Neuralink уже подано более 1000 заявок от людей с параличом четырёх конечностей. В январе, как отмечалось ранее, операция по вживлению импланта в мозг была проведена первому пациенту с подобным диагнозом. Ноланд Арбоу (Noland Arbaugh) в результате получил возможность довольно ловко управлять курсором мышки на экране компьютера и начал активно осваивать компьютерные игры, но недавно часть контактов, обеспечивающих соединение импланта с корой головного мозга, вышла из неё и утратила свои функции. Компенсировать это удалось настройками чувствительности других контактов, но данный инцидент показал, что технология далека от совершенства.