Нейроинтерфейсные итоги 2022 года: часть 1

Synchron и Science: инвестиционная привлекательность технологий, основанных на науке

Если судить по прессе, главной нейроинтерфейсной новостью 2022 года следовало бы считать успехи компании Тома Оксли (Thomas Oxley) Synchron. Они начали клинические испытания в США их эндоваскулярного интерфейса мозг-компьютер, использующего разработанные ими группы электродов на стентах — "стентроды" (Stentrode). Стентроды подводятся в мозг по сосудам, примерно как электроды другого имплантируемого устройства, уже давно переставшего быть чем-то необычным — кардиостимулятора — подводятся к сердцу. Если учесть, что с 2004 года почти все инвазивные интерфейсы мозг-компьютер к человеческому мозгу подключались с помощью одного и того же высокоинвазивного "массива Юты" (Utah Array, aka BrainGate, aka Neuroport Array), неудивительно, что малоинвазивная технология компании Synchron, для которой требуется намного более простая и намного менее опасная хирургическая операция, в последние годы произвела настоящий фурор среди профессионалов ИМК.

Инвестиции в Синхрон к концу 2022 года достигли 145 миллионов долларов, причем среди инвесторов были замечены сначала бывший сооснователь и президент Нейралинка Макс Ходак, а позднее Джефф Безос и Билл Гейтс. Сообщалось, что инвестиции Оксли предлагал и Илон Маск.

Но нынешние успехи Синхрона были вполне ожидаемыми, поскольку клинические испытания на родине Синхрона — в Австралии — идут уже больше двух лет. Причем пока что Синхрону удается помещать электроды лишь в наиболее доступной части сосудистого русла мозга — в верхнем сагиттальном синусе, отчего возможности их ИМК недалеко уходят от того, что дают неинвазивные технологии. Понятно также, что даже если электроды удастся подвести в большое число различных вен, в том числе в глубоко залегающие, они не позволят различать сигналы отдельных нейронов, а следовательно, точность "декодирования" с помощью этой технологии вряд ли когда-нибудь сможет приблизиться к той, которую обеспечивает введение электродов непосредственно в мозговую ткань.

Реальной новостью стал выход в ноябре из stealth mode стартапа Science Corp., основанного уже упомянутым Максом Ходаком. Он уже получил 160 миллионов долларов инвестиций, уступая в этом лишь Нейралинку Илона Маска. Однако Science планирует заняться ИМК лишь в будущем, а пока они сосредоточились на создании зрительных протезов Science Eye с использованием оптогенетики и тонкопленочных светодиодов.

Насколько можно сейчас судить, и Synchron, и Science свойственно серьезное отношение к фундаментальным знаниям и клиническому опыту, на основе которых и планируется их работа. Тогда как обладающие намного большими ресурсами Маск и Цукерберг проявили слишком несерьезное отношение к сложности и малоизученности мозга. На чем они и терпят настоящий epic fail. Точнее, два разных, но одинаково впечатляющих epic fail'а.

Аутсайдеры: Маск и Цукерберг

Демо Neuralink'а Илона Маска, в этом году названное им show and tell, разочаровало еще больше, чем предыдущее — в нем не было уже вообще никакой существенной новизны. Как и в предыдущие годы, Маск продолжает обещать вот-вот начать клинические испытания, но все еще не получил разрешение на них. Кроме того, скандал вокруг обвинений в неэтичном обращении с животными в этом году стал особенно острым.

В 2022 году, тем не менее, Маск продолжил демонстрировать приверженность идее о "соединении человечества с цифровым суперинтеллектом".

А Марк Цукерберг наконец показал свой "нейроинтерфейс", который на самом деле совсем не нейро-, а электромиографический интерфейс. Своего рода аналог бионических протезов, но для здоровых пользователей. Как и ожидалось многими специалистами, устройство ввода оказалось довольно неудобным и малоэффективным, и демонстрацию мало кто заметил. И это через пять лет после того, как Цукерберг раструбил на весь мир, что новейшая технология оптического имиджинга, создаваемая в Building 8, вскоре позволит набирать текст со скоростью 100 слов в минуту одной лишь "силой мысли".

Декодирование речи

В исследовательском ИМК-мире наиболее заметны в 2022 году были попытки "декодирования" воображаемой речи (по-видимому, правильно говорить именно о воображении речи, а не о всякой "мысленной" речи — слова не должны быть сильно смазаны). В этом направлении отличились и исследователи из забаненного в РФ Фейсбука. Но они работали с МЭГ и даже с ЭЭГ — и, как уже многие до них, лишь в очередной раз продемонстрировали, что "хорошие" результаты в "декодировании" речи по таким сигналам можно получить только за счет некорректной оценки качества работы интерфейса. В данном случае декодирование проводилось для прослушиваемой речи — что, вопреки утверждениям авторов, никак не может считаться моделью воображения речи: реакции мозга на прослушиваемую речь очень хорошо структурированы во времени, чего, увы, для воображаемой речи никоим образом не приходится ожидать.

При использовании фМРТ исследователям из Остина под руководством Александра Хута (Alexander G. Huth) удалось получить не совсем случайные результаты по "декодированию семантики" воображаемой речи. Но возможность построить практически полезную технологию на основе этих результатов, даже при существенной доработке всех компонентов технологии, вызывает серьезные сомнения.

В то же время при использовании для тех же задач инвазивных сигналов удалось достичь гораздо более серьезных успехов. Особенно интересно довольно точное декодирование речи по сигналам из неречевых областей коры, продемонстрированное калифорнийскими исследователями под руководством Ричарда Андерсена. Надо, правда, заметить, что при этом использовалась высокоинвазивная технология — те самые "массивы Юты", электроды которых вводятся непосредственно в кору больших полушарий головного мозга, а набор распознаваемых слов был очень ограничен.

Важный результат получили и отечественные специалисты — наши партнеры из ВШЭ и их партнеры из МГМСУ и НИИ им. Склифосовского (руководитель исследования — Алексей Осадчий) смогли декодировать речь на основе минимального числа умеренно инвазивных электродов (ЭКоГ и стереоЭЭГ). В качестве классификатора ИМК они использовали сверточную нейросеть собственной разработки, позволяющую хорошо интерпретировать компоненты сигнала, вносящие вклад в классификацию, что позволило снять обычно возникающие в таких исследованиях вопросы о возможном вкладе артефактов.

BCI Award 2022

Инвазивные проекты в 2022 году, как и в предыдущие годы, доминировали среди номинантов главной премии по интерфейсам мозг-компьютер — BCI Award, — а также заняли все три призовых места. Первую премию присудили проекту "Естественная ходьба после травмы спинного мозга с помощью интерфейса головной мозг — спинной мозг" (Walking naturally after spinal cord injury using a brain-spine interface). Проектом занимался большой международный коллектив исследователей, одним из руководителей которого, в частности, является Tetiana Aksenova, которая когда-то работала в Киеве, а потом переехала в Гренобль. Среди проектов, разделивших второе место — еще один речевой проект, под руководством Leigh R. Hochberg, Krishna V. Shenoy, Jaimie M. Henderson, где был получен рекордный результат — набор текста со скоростью до 90 букв в минуту с использованием воображения процесса написания букв от руки (посвященная ему статья была опубликована в Nature еще в 2021 году).

Премия, как и в предыдущие годы, отразила ведущие тенденции развития ИМК. Представление о них, соответственно, можно получить, посмотрев плейлист с представлением проектов-номинантов.

Определенная доля критичности при рассмотрении проектов-лауреатов и проектов-номинантов все же не помешает. Так, один из лауреатов, калифорнийский проект Highly generalizable spelling using a silent-speech BCI in a person with severe anarthria, отличился очень заметными движениями головы у их пациента, вклад которых в декодирование речи авторы почему-то не стали всерьез оценивать.

Продолжение следует (надеюсь...)

Об авторе: Сергей Шишкин -- руководитель группы нейрокогнитивных интерфейсов МЭГ-центра (Центра нейрокогнитивных исследований) МГППУ, ведущий телеграм-канала Нейроинтерфейсы.