KI og hjerneimplantater: neste steg for nevrale grensesnitt

Hjerneimplantater er ikke lenger bare science fiction. Eksperimentelle systemer kan tolke bestemte hjernesignaler for eksempelvis å styre en datamaskin. Resultatene gjelder avgrensede oppgaver og konkrete deltakere, ikke en ubegrenset evne til å lese alle menneskelige tanker og hensikter.

Systemene kalles hjerne–datamaskin-grensesnitt, eller BCI-er. De oppretter en kommunikasjonsvei mellom hjerneaktivitet og en ekstern enhet. Neuralink er et av de mest kjente selskapene på området og utvikler et implanterbart grensesnitt.

BCI-er har vært studert siden 1960-tallet. Fremskritt innen KI har forbedret tolkningen av nervesignaler og muliggjort viktige praktiske demonstrasjoner, blant annet for personer med funksjonsnedsettelser. Det gjenstår tekniske og kliniske utfordringer før bredere bruk.

Nåværende anvendelser og gjennombrudd

I 2023 foregikk mye av utviklingen av implanterbare BCI-er fortsatt i laboratorier og kliniske studier. KI hadde likevel bidratt til å vise hvordan systemene kunne være nyttige for enkelte personer med funksjonsnedsettelser.

KI og hjerneimplantater som støtte for kommunikasjon og bevegelsesstyring

Omtrent 1,3 milliarder mennesker i verden lever med en betydelig funksjonsnedsettelse. KI-støttede grensesnitt kan muligens hjelpe ved bestemte kommunikasjons- eller bevegelsesproblemer. De fjerner ikke fullstendig alle begrensninger hos alle disse menneskene.

I to studier publisert i august 2023 i Nature viste forskergrupper ved Stanford og University of California, San Francisco grensesnitt som lot to kvinner med lammelser kommunisere. Systemene tolket hjerneaktivitet ved forsøk på å snakke. Datamodeller, blant annet språkmodeller, bidro til å lage tekst eller syntetisk tale. Det innebar ikke at kvinnenes naturlige tale var gjenopprettet.

Ved Stanford fikk Pat Bennett, som da var 68 år, fire små mikroelektrodematriser i hjerneområder knyttet til tale. Programvare omgjorde taleforsøkene hennes til tekst. UCSF-gruppen brukte et annet grensesnitt på hjernens overflate hos Ann, som kunne styre en syntetisk stemme og ansiktsbevegelsene til en digital avatar. Ann var 30 da hun fikk hjerneslaget som førte til lammelsen, ikke da studien ble gjennomført. Begge arbeidene forbedret tilgjengelig ordforråd, dekodingshastighet og nøyaktighet sammenlignet med tidligere systemer.

KI og mikroelektronikk i forskning på hjernesykdommer

Elektrisk stimulering gjennom implantater kan hjelpe ved epilepsi og Parkinsons sykdom ved å påvirke unormal nerveaktivitet. University of Toronto har samlet elektro- og dataingeniører, klinikere, nevroforskere og eksperter på materialer og data. Gruppen undersøker blant annet mer presis og energieffektiv nevromodulering.

Med dyp læring forsøker gruppen å finne signalmønstre og vanskelig påviselige biomarkører for å velge bedre når stimulering trengs. Mulige fremtidige bruksområder omfatter tilstandene nedenfor; det betyr ikke at alle disse anvendelsene allerede er etablerte behandlinger:

• Kronisk smerte
• Depresjon
• Demens
• Alzheimers sykdom
• Søvnlidelser

Neuralinks studie på mennesker

I 2023 fikk Neuralink tillatelse fra den amerikanske legemiddelmyndigheten FDA til sin første studie på mennesker. I september kunngjorde selskapet rekruttering etter godkjenning fra den ansvarlige etiske komiteen. En studietillatelse er ikke en tillatelse til å selge produktet. Sikkerhetsspørsmål inngikk i vurderingen av dette eksperimentelle systemet.

PRIME-studien, Precise Robotically Implanted Brain-Computer Interface, søkte personer med lammelser etter ryggmargsskade i halsregionen eller som følge av amyotrofisk lateral sklerose. Brosjyren oppga omtrent seks års deltakelse og oppfølging. En operasjonsrobot skulle plassere trådene til det trådløse implantatet. Studien skulle vurdere sikkerhet og innledende funksjon ved styring av en datamaskin med hjernesignaler.

Musk har beskrevet bredere ambisjoner, blant annet knyttet til autisme, depresjon og schizofreni. Utsagnene viste ikke at Neuralink kunne behandle disse tilstandene, og de var ikke formålet med PRIME-studien. Etter prekliniske dyreforsøk rekrutterte selskapet i 2023 personer med lammelser til sin første studie på mennesker.

Teknologiske og vitenskapelige fremskritt

BCI-forskningen har gjennom flere tiår utviklet direkte kommunikasjonsveier mellom hjernen og datamaskiner. KI har ført arbeidet videre ved å analysere komplekse data og omgjøre dem til for eksempel tekst eller menneskelignende tale.

De første eksperimentelle talegrensesnittene var langsomme og begrensede. Fremskritt innen nevrovitenskap og databehandling har muliggjort raskere systemer, som kan danne grunnlag for fremtidige kommunikasjons- eller bevegelseshjelpemidler. Taleimplantatene som omtales her, var fortsatt eksperimentelle. Studiene viste ikke at KI-implantater som gjenoppretter alle sanse- og bevegelsesfunksjoner, allerede var til salgs.

Systemene omgjør signaler fra taleforsøk til tekst. I Stanford-studien var ordfeilraten 9,1 prosent med et begrenset ordforråd på 50 ord, altså 2,7 ganger færre feil enn i et tidligere sammenlignbart talegrensesnitt. Med det langt større ordforrådet på 125 000 ord var feilraten 23,8 prosent. Hastigheten nådde 62 ord i minuttet, mot omtrent 160 i en naturlig samtale. Det var et viktig fremskritt, men fortsatt klart langsommere enn vanlig tale.

Dette arbeidet i BrainGate2-studien brukte et rekurrent nevralt nettverk til å dekode tale. En separat analyse skilte mellom 33 munn- og ansiktsbevegelser med 92 prosent nøyaktighet ved hjelp av en naiv Bayes-klassifikator. Tallet beskrev dermed ikke nøyaktigheten for fri tekst eller for et rekurrent nettverk som gjenkjenner alle ansiktsbevegelser.

Å tolke atferd eller kognitive tilstander fra nervesignaler er sentralt i BCI-forskningen. Dyp læring brukes i mange maskinlæringsoppgaver, som bildesegmentering og talegjenkjenning. Metoden undersøkes også for å tolke signaler knyttet til bevegelser, tale og synsinntrykk.

Forskere ved University of Texas at Austin utviklet også en ikke-invasiv semantisk dekoder med en Transformer-modell, samme modellarkitektur som brukes i blant annet ChatGPT og daværende Bard. Deltakerne, ikke forskerne, lyttet til fortellinger i en fMRI-skanner under treningen. Systemet kunne deretter lage tekst som gjenga deler av meningen i nye hørte eller forestilte fortellinger, ikke pålitelige ordrette utskrifter. Individuell trening og deltakerens samarbeid var nødvendig; det var ikke en universell teknikk for å lese noens tanker i hemmelighet.

KI støtter dermed nevrovitenskapelig forskning på flere måter. På dette raskt utviklende området må også forutsetningene for bruk og konsekvensene vurderes.

Klikk her for å lære om de neste blockbuster‑terapiene for å kurere nevrologiske lidelser.

Etiske, personvern‑ og sikkerhetsbetraktninger

Utviklingen av hjernegrensesnitt og KI gir viktige muligheter for mennesker med behov for støtte. Den reiser samtidig spørsmål om sikkerhet, personvern og ansvar.

For å si det enkelt, er AI‑systemer utsatt for feil og funksjonsfeil, akkurat som annen teknologi, noe som kan ha potensielt skadelige konsekvenser. Bygget på komplekse algoritmer som behandler enorme datamengder, er AI‑systemer også sårbare for hacking og manipulering. Dessuten kan dataene de er trent på inneholde iboende skjevheter som fører til diskriminerende resultater.

Økte investeringer i systemer som analyserer hjerneaktivitet og lagrer nevrale data, har fått Unesco til å advare om risikoer for menneskerettighetene og etterlyse global styring av nevroteknologi. Det betyr ikke at systemene allerede kan lese alle tanker fritt.

“Løftet … kan komme til en høy kostnad i form av menneskerettigheter og grunnleggende friheter, hvis det misbrukes. Neuroteknologi kan påvirke vår identitet, autonomi, personvern, følelser, atferd og generell velvære.”

– sa Gabriela Ramos, UNESCOs assisterende generaldirektør for samfunns‑ og humanistisk vitenskap.

I 2023 kunngjorde FNs organisasjon for utdanning, vitenskap og kultur at den ville begynne å utvikle et universelt etisk rammeverk for nevroteknologi.

Ramos var bekymret for at teknologien berører selve kjernen i det å være menneske. Mariagrazia Squicciarini, hovedforfatter av en Unesco-rapport om innovasjon innen nevroteknologi, beskrev KIs bidrag som nevroteknologi på steroider. Bildet understreket hvor sterkt utviklingen kunne akselerere.

Unesco-rapporten fra 2023 oppga at den årlige private finansieringen av nevroteknologi økte 22 ganger fra 2010 til 2020 og nådde 7,3 milliarder dollar i 2020. Innovasjoner målt gjennom patenter økte omtrent 20 ganger fra 2000 til 2020, altså over en annen periode. Artikkelen nevnte dessuten en historisk prognose om at markedet for nevroteknologiske apparater ville overstige 24 milliarder dollar i 2027. Det var ikke allerede realisert omsetning.

KI-basert analyse av hjernedata gjør vern av mental integritet og personopplysninger viktigere. Det er rapportert om kinesiske arbeidere med hodeplagg som skal anslå bestemte følelsestilstander. Slike anslag viser ikke at følelser kan leses fullstendig og pålitelig. I USA undersøker militært finansiert forskning blant annet grensesnitt for apparatstyring og mulige kognitive eller terapeutiske anvendelser.

Etiske bekymringer har også blitt reist angående BCI‑ens påvirkning på samfunnet. Mange frykter at å gi enestående tilgang til menneskers hjerner kan gjøre dystopiske muligheter til virkelighet.

Selskaper og organisasjoner som utvikler nevrale grensesnitt

Her er noen aktører innen hjerne- og nevrale grensesnitt. Teknologiene omfatter både implantater og ikke-invasive systemer med forskjellige funksjoner:

1. Neuralink

Neuralink ble grunnlagt av Elon Musk og utvikler trådløse implantater som registrerer nerveaktivitet for å styre eksterne enheter. Artikkelen fra november 2023 rapporterte ytterligere 43 millioner dollar i finansiering som en utvidelse av en runde ledet av Founders Fund. Peter Thiel er en av fondets medgründere.

I juni 2023 ble det rapportert en verdsettelse på omtrent fem milliarder dollar. Den anslåtte årlige omsetningen på 115,7 millioner dollar hos Growjo var et eksternt anslag, ikke reviderte salgstall publisert av Neuralink. I november 2023 ba amerikanske parlamentarikere SEC undersøke selskapets uttalelser om dødsfall blant forsøksdyr. Artikkelen gjenga da Musks vurdering om at kommersiell lansering lå flere år frem i tid; det var ingen godkjent lanseringsplan.

2. Synchron

Synchron i New York utvikler et grensesnitt som registrerer hjernesignaler via et blodkar for styring av en datamaskin. Det er et kommunikasjons- og styringssystem, ikke en nevromodulerende behandling. I januar 2023 ble resultater fra SWITCH-studien med fire personer med alvorlige lammelser publisert, med vekt på sikkerhet og gjennomførbarhet.

Enheten føres inn gjennom blodkarsystemet og registrerer signaler nær hjernebarken. Ved tolv måneders oppfølging av fire deltakere ble det ikke registrert alvorlige enhetsrelaterte uønskede hendelser. Det betyr ikke fravær av alle bivirkninger eller risikoer. Artikkelen oppga 135,7 millioner dollar i samlet finansiering ifølge CB Insights og støtte fra investorer knyttet til Jeff Bezos og Bill Gates. Årsomsetningen på 37,3 millioner dollar hos Growjo var et eksternt anslag, ikke bekreftet av publiserte reviderte selskapsregnskaper.

3. Blackrock Neurotech

Dette private selskapet utvikler nevroteknologiske systemer, blant annet BCI-er. I juni 2022 meldte Blackrock Neurotech at forskning med implantatene hadde nådd 30 000 pasientdager totalt på tvers av flere deltakere. Det var ikke 30 000 sykehusdager for én person. Medgründer og styreleder Florian Solzbacher mente da at teknologien var klar for overgangen fra laboratoriet til pasientenes hjem. Selskapets vurdering var ikke en generell markedsføringstillatelse.

I 2021 hentet selskapet ti millioner dollar i finansiering fra blant andre Christian Angermayers re.Mind Capital, Peter Thiel, Tim Sievers og Sorenson Impacts University Venture Fund II.

4. BrainGate

Forskningskonsortiet BrainGate har laget et hjerne‑implantat som inneholder en klynge på 100 spisse elektroder som kirurgisk er integrert i hjernen. BCI‑systemet er designet for å la personer med lammelse kontrollere robotarmer eller datamaskiner med tankene. BrainGates ultimate mål er å gjenopprette mobilitet, kommunikasjon og uavhengighet for personer med tetraplegi.

5. Precision Neuroscience

I juni 2023 kunngjorde Precision Neuroscience de første prosedyrene på mennesker for kartlegging av hjernesignaler. En av selskapets grunnleggere hadde tidligere vært medgründer av Neuralink. Layer 7 Cortical Interface er en elektrodematrise for hjernens overflate som er tynnere enn et hårstrå. Midlertidige opptak under operasjoner viste ennå ikke at et permanent implantat virket ved daglig bruk.

I januar 2023 hentet selskapet 41 millioner dollar, slik at samlet finansiering nådde 53 millioner dollar på under to år. Det utviklet blant annet en minimalt invasiv metode der grensesnittet føres inn gjennom en liten spalte i hodeskallen.

6. Kernel

Kernel ble grunnlagt av Bryan Johnson og utvikler det ikke-invasive systemet Kernel Flow. Det bruker tidsoppløst funksjonell nærinfrarød spektroskopi, TD-fNIRS, til å måle endringer knyttet til hjerneaktivitet.

Ifølge selskapet er Kernel Flow et bærbart multimodalt hodeplagg for hjerneavbildning som kan settes opp på få minutter. Det kombinerer optiske målinger av blodets respons med EEG. TD-fNIRS måler endringer i blodets oksygenering knyttet til hjerneaktivitet; det er ikke et implantat og leser ikke tanker direkte.

7. Neurable

Neurable utvikler ikke-invasive EEG-baserte grensesnitt. Forskningen har blant annet omfattet spill og samhandling mellom mennesker og datamaskiner i utvidet og virtuell virkelighet. Forskningsbruk og mulige kliniske anvendelser må ikke forveksles med godkjente medisinske behandlinger.

8. CTRL-labs

Oppstartsselskapet som utviklet ikke-invasive nevrale grensesnitt, ble kjøpt i 2019 av Facebook, som senere skiftet navn til Meta. Prisen ble ikke offentliggjort; presseanslag gikk opp til én milliard dollar. Prototyper av armbåndet, vist blant annet i 2018, måler elektriske muskelsignaler ved håndleddet med elektromyografi. Målet er å styre apparater ut fra bevegelsesintensjoner og små bevegelser, ikke lese alle tanker direkte gjennom et hjerneimplantat.

Fremtidige utsikter og utfordringer

KI-støttede hjernegrensesnitt er viktige verktøy i nevrovitenskapen. De kan forbedre enkelte behandlinger og hjelpemidler. Resultatene hos studiedeltakere er lovende, men betydningen varierer med teknologien og bruksområdet som undersøkes.

Forskere finansiert av amerikanske DARPA undersøker signaler knyttet til stemningslidelser og stimulering av hjernens nettverk. Arbeider presentert i 2018 undersøkte blant annet tolkning av stemningsleie og stimulering i åpen sløyfe som skritt mot fremtidige systemer med tilbakekobling i lukket sløyfe. De viste ikke at implantater allerede i 2017 automatisk kunne bringe enhver pasient tilbake til en frisk tilstand uten medisinsk tilsyn.

Annen forskning gjelder blant annet styring av proteser og påvirkning av unormal nerveaktivitet. Nevrofeedback kan gi tilbakemelding i sanntid for å lære å endre bestemte signaler; resultatene avhenger av bruken. Kommunikasjon mellom hjerner er også undersøkt eksperimentelt, men dette er ingen generell og sømløs overføring av tanker.

Bedring av kognitive evner hos personer uten behandlingsbehov er et annet tenkelig fremtidig bruksområde. Målrettet stimulering kan muligens påvirke enkelte funksjoner for oppmerksomhet, hukommelse og læring. Det er fortsatt et forskningsperspektiv, ikke en generelt dokumentert evne hos KI-hjerneimplantater.

Mulighetene for å forbedre menneskers evner reiser også etiske spørsmål om tilgjengelighet og personvern.

Ifølge Pew Research Centers undersøkelse publisert i 2022 ønsket 78 prosent av amerikanerne ikke et implantat for forbedring av kognitive evner, mens 20 prosent ønsket et. Spørsmålet gjaldt kognitiv forbedring, ikke alle medisinske bruksområder. I en tidligere undersøkelse ønsket omtrent to tredjedeler heller ikke en brikke for sterkt forbedret konsentrasjon og informasjonsbehandling. Seks av ti mente at folk flest ville føle press for å få et implantat hvis bruken ble utbredt.

I disse spørsmålene om kognitiv forbedring ventet 52 prosent at hackere ofte ville få tilgang til personopplysninger hvis implantatene ble vanlige. Også uønskede endringer i hjernen og tekniske feil skapte bekymring. Videre ønsket 83 prosent strengere testkrav enn for medisinsk utstyr, fremfor de samme kravene.

Dette viser behovet for å veie teknologiens muligheter mot vern av helse, sikkerhet og grunnleggende verdier for enkeltpersoner og samfunnet.

Klikk her for listen over de ti beste bioteknologiske aksjene.

Konklusjon

Hjerne–datamaskin-grensesnitt med KI, blant annet språkmodeller, forbedrer behandlingen av nervesignaler. Demonstrasjoner har hjulpet enkelte personer med lammelser å kommunisere eller styre eksterne enheter. Det er ikke ubegrenset tankelesing eller full gjenoppretting av alle bevegelsesfunksjoner.

Teknologien gir viktige muligheter, men sikkerhet, personvern og etiske konsekvenser krever grundig vurdering. Omfattende studier, åpen informasjon og løpende oppfølging er nødvendig for å fastslå nytte og risiko.

KI-støttede hjerneimplantater har mange mulige anvendelser, og følgene kan bli betydelige.

Klikk her for å lære alt om investering i kunstig intelligens.