Med hurtige bevægelser syr en robot noget, der kunne ligne en sytråd, ind i forsøgsrottens hjerne. Det er dog ikke en sytråd, men en ultratynd og fleksibel ledning, som er belagt med flere tusind elektroder.
Med stor præcision syr robotten hvert minut op til 192 elektroder ind i den øverste millimeter af rottens hjerne.
Efter 45 minutter er håndarbejdet færdigt, og de i alt 3072 elektroder forbindes til en mikrochip, der fastgøres til rottens hoved, og forskerne kan nu bogstavelig talt læse rottens tanker.
Bag forsøget står entreprenøren Elon Musk – bedst kendt som skaberen af elbilen Tesla og rumprogrammet SpaceX.
I to år har hans firma Neurolink arbejdet på at udvikle en hjernechip, som skal kurere en lang række neurologiske lidelser som posttraumatisk stresslidelse (PTSD) og parkinson – og på sigt styre maskiner med tankens kraft.
Neuralink tyvedobler elektroder
Princippet bag den nye chip er, at de mikroskopiske elektroder skal lægge sig op ad hver sin hjernecelle og registrere hvert eneste nervesignal, den affyrer.
Det skal bruges til at kortlægge, hvordan hjernecellerne kommunikerer med hinanden, og derved kortlægge hjernens aktivitet ned til mindste detalje
Symaskinen syr 96 ledninger, hver med 32 elektroder, ind i hjernebarken.
Symaskinen har allerede i første eksperiment mere end tyvedoblet antallet af elektroder på samme plads i forhold til lignende forsøg.
Det betyder, at indgrebet vil være langt mindre omfangsrigt, da det nødvendige antal elektroder kan implementeres på langt mindre plads.
Samtidig åbner den nye teknologi for, at elektroder kan sys ind flere steder i hjernen, og at de forskellige mikrochips kan kommunikere med hinanden og samarbejde, hvilket kan afhjælpe sygdomme, der udløses på tværs af hjernen.
Mange neuroligiske lidelser skyldes ødelagte kredsløb i hjernen, men hjernechippen kan også komme personer med posttraumatisk stress (PTSD) til gode.
Lægerne håber nemlig at kunne bremse den stressreaktion, der opstår, når den hjemvendte soldat mentalt bliver kastet tilbage til det øjeblik, hvor granaten sprang og sønderrev hans kammerat for øjnene af ham.
Normalt vil det traumatiske minde være nok til at aktivere frygtcenteret i amygdala og derved fremkalde den samme intense følelse af gru og rædsel.
Den nye teknologi kan på sigt opdage, når et traumatisk minde som det dukker op i hippocampus, idet indopererede elektroder opfanger, når stressreaktionen udløses.
Dernæst sender hjernechippen elektriske impulser gennem fine ledninger til amygdala. Her får impulserne frygtcenteret til at falde til ro, inden stressreaktionen udløses, og derved afværges PTSD-anfaldet.
Rystelser kan dæmpes
Selv med få elektroder kan mikrochippen i visse tilfælde opfange tilstrækkelig mange nervesignaler til at få en god fornemmelse af, hvad der sker i hjernen.
Allerede i 2012 viste ingeniøren Roman Genov fra University of Toronto i Canada, at blot 64 elektroder i en rottes hjerne var nok til at opdage, når et epileptisk anfald var på vej.
Mikrochippen kunne derefter reagere lynhurtigt og stimulerede den del af hjernen, hvor anfaldet var under udvikling, og derved bremse det.
I alt lykkedes det ingeniøren at forhindre 80 pct. af alle rotternes epileptiske anfald.
Elektroder dæmper rystelser hos patienter med parkinson
Normalt sætter hjerneområdet “globus pallidus” kroppens bevægelser i gang og gør dem flydende, men hos parkinsonpatienter er området svækket, hvilket giver rystelser og usammenhængende bevægelser. Neuralink kan styrke det svækkede hjerneområde ved at skabe en forbindelse til det motoriske center i hjernen. Forbindelsen er en lille chip placeret bag øret, som opfanger de nervesignaler i det motoriske center, der giver forkerte instrukser om at ryste. Derefter stimulerer chippen globus pallidus til at gøre bevægelserne fra det motoriske center mere flydende.
Nervesignaler fra rystende bevægelser hos en parkinsonpatient registreres i det motoriske center.
Informationen sendes til en mikrochip bag øret.
Chippen analyserer signalerne og stimulerer globus pallidus, der dæmper rystelserne.
Nu arbejder forskere på at udvikle lignende systemer, som kan bruges til at hjælpe patienter med parkinson. Her detekterer elektroder rystende bevægelser i det motoriske center hos patienterne.
Dernæst reagerer hjernechippen ved at stimulere andre hjernecentre, som udjævner bevægelserne og reducerer rystelserne.
Den anden halvdel af systemet, hvor hjernecentre stimuleres for at begrænse rystelserne, bruger læger allerede med succes til behandling af parkinson.
Metoden kaldes deep brain stimulation, men ulempen er, at hjernecentrene stimuleres hele tiden, uanset om patienten ryster eller ej, og det fører til en uhensigtsmæssig overbehandling.
Robotarm bevæger sig ved tankens kraft
Elektroder sys ind i bevægelsescenter
Den specialudviklede symaskine syr op til 96 tråde, der er ti gange tyndere end et hår, ind i det motoriske center, hvor nervesignalerne skal afkodes. Hver tråd er et bundt ledninger med i alt 32 elektroder, og de sys ind med en afstand på blot 0,05 mm, hvilket i alt giver 3072 elektroder.
Elektroder registrerer hjernens ønsker
Hjernens motoriske center affyrer nervesignaler, allerede før bevægelsen bliver sat i gang, når patienten begynder at tænke på at bevæge armen. Elektroderne i det motoriske center opfanger alle de
nervesignaler, der skal til for at udføre ønsket om at bevæge armen.
Hjernens ønske bliver omkodet til instrukser
De tynde ledninger fører op til en computerchip, der er placeret under huden på hovedskallen. De elektroniske kredsløb omkoder nervesignalerne til elektriske impulser, der sendes videre til en robotarm. Når patienten tænker på at bevæge armen, instruerer hjernechippen robotarmen i at lystre.
Robotarm bevæger sig
De elektriske impulser fra hjernechippen aktiverer robotarmen, som får den til at bevæge sig. I fremtiden kan teknologien føre til, at patienter med lammelse i armen bliver i stand til at styre en mekanisk arm.
Derfor vil forskerne gerne kunne detektere rystelserne i det motoriske center, men det kræver mange flere elektroder, og det har indtil Neuralinks nye, forfinede teknologi ikke været muligt.
Patienter kan tankestyre maskiner
Hjernechippen begrænser sig dog ikke til at afhjælpe sygdomme. Teknologien åbner også for muligheden, at patienter kan styre robotter udelullende ved tankens kraft.
Robotingeniøren Christian Peñaloza fra Advanced Telecommunications Research Institute International i Japan viste i 2018, at en forsøgsperson kunne kontrollere en robotarm, samtidig med at han brugte sine egne to arme.
I forsøget brugte forskerne en slags badehætte besat med elektroder, som opfangede hjernebølger tværs gennem kraniet.
En sådan badehætte er langt mindre følsom end en hjernechip, og Neuralinks teknologi med mere end 3000 elektroder, der hver især måler enkelte nervesignaler, giver derfor et langt mere detaljeret indblik i, hvad der foregår i menneskets hjerne.