Annons

Fyra visioner om en uppkopplad hjärna. 1) Anteckna tankar direkt från hjärnan till ett dokument i datorn. 2) Du är i ett vackert landskap och kopplar ihop dig med din partner, som är hemma men kan uppleva det du ser genom sina egna ögon. 3) Kirurgen styr skalpellen som ett elfte finger. Om något håller på att gå fel kan en mer erfaren kollega se genom hennes ögon och ta över operationen. 4) Att alltid ha omedelbar tillgång till hela världens kunskap.

Bild: 
Istock

Är du redo att koppla upp hjärnan?

Kan hjärnan anslutas direkt till en dator? F&F har besökt forskare och företag i Silicon Valley som försöker. Målet är att återskapa syn, rörelseförmåga och hörsel hos människor med handikapp och – på lång sikt – att koppla ihop våra tankar.

Författare: 

Publicerad:

2017-12-19

Matt Angle håller upp något som ser ut som en liten borste. Trådarna i det lilla knippet är tunnare än hårstrån och gjorda av metall med ett skyddande lager av glas. I mikroskop syns det att ändarna har slipats till vassa spetsar.

– Det är för att de lättare ska kunna tränga in i hjärnan. Men hjärnan är mjuk, så trådarna måste samtidigt vara böjliga för att inte skada. Men inte så mjuka att de böjer sig. Det är en av utmaningarna, förklarar Matt Angle.

Han är drygt trettio år och har en bakgrund som forskare inom neurovetenskap. För två år sedan bytte han det prestigefyllda Stanford-universitetet, i hjärtat av Kaliforniens teknikmecka, Silicon Valley, mot en industrilokal i utkanten av San José, några mil söderut. Här leder han Paradromics, ett av flera nystartade amerikanska företag som utvecklar nästa generations teknik för att kommunicera med hjärnan.

Om allt går enligt planerna ska hundratusentals av de små trådarna sitta på implanterbara chipp, inte större än två femkronor på varandra. Tack vare chippen ska personer som varken kan tala eller röra sig kunna prata och styra en robotarm med tankekraft med hög precision.

De första försöken på människor är planerade till 2021.

– Det är en ambitiös plan, men jag tror att det är möjligt, säger Matt Angle.

Det är trångt i lokalerna. Skrivbord står till och med i köket. En av de åtta anställda skämtar om att det största problemet på ett företag med nästan bara forskare är vem som ska tömma diskmaskinen.

Alla är inte hjärnforskare. Här finns även ingenjörer som är experter på elektronik, signalbehandling och artificiell intelligens. Det är framsteg inom alla dessa områden som har lett fram till det stora intresset för nya gränssnitt mot hjärnan. Förutom de nya företagen satsar också myndigheter och universitet på tekniken.

– Vi har haft bra tajming. När vi startade för två år sedan förstod ingen vad vi höll på med. Nu är området jättehett, säger Matt Angle.

Mest uppmärksammat är företaget Neuralink, som backas upp av entreprenören Elon Musk, som även driver elbilsföretaget Tesla och rymdföretaget Space X. Han anser att mänskligheten behöver uppgraderas för att hålla jämna steg med artificiell intelligens. Hans ambition är att inte bara svårt sjuka och förlamade människor ska koppla hjärnan till datorer. Även fullt friska ska i framtiden kunna få extra minne och direktkontakt med både internet och andra människor via en hjärnkontakt. Det sista är dock Matt Angle skeptisk till:

– Myndigheterna kommer inte att tillåta hjärnimplantat på friska. Till en början är det bara personer med allvarliga skador som kommer att opereras, säger han.

Själv skulle han överväga en riskfylld hjärnoperation bara om han till exempel blev totalförlamad.

Men det är fler än Elon Musk som tror på en framtid där hjärnan kopplas till internet och där det är möjligt att läsa andras tankar. Den amerikanska it-miljonären Brian Johnson driver företaget Kernel, som också utvecklar en ny typ av hjärnelektroder. Även den sociala nätverksjätten Facebook utvecklar teknik för att översätta tankar direkt till text. I somras deklarerade företaget att målet är att kunna skriva 100 ord per minut med tankekraft.

USA:s militärmakt har också länge intresserat sig för tekniken. I somras delade den militära forskningsfinansiären Darpa ut motsvarande en halv miljard kronor till lovande projekt.

Darpa är känt för att satsa på svåra teknikutmaningar. I det här fallet är målet att läsa de elektriska signalerna från en miljon hjärnceller. Dessutom ska information även kunna skickas från andra hållet, alltså från datorn till hjärnan.

Fyra vägar in i hjärnan Hittills har det bara funnits begränsade möjligheter att fånga upp hjärnans signaler. Nu utvecklar forskarna känsligare metoder. Dessutom försöker de skicka signaler åt andra hållet – in i hjärnan. 

Bild: 
Johan Jarnestad

Bland dem som har fått pengar finns en forskargrupp vid amerikanska Brown university, som vill placera upp till 100 000 sensorer i hjärnan, var och en inte större än ett saltkorn. Uppgiften är att fånga upp hjärnsignaler och skicka dem trådlöst till en central mottagare som skulle kunna sitta på skallen.

Forskare i andra projekt använder ljus för att både fånga in och sända signaler tillbaka till hjärnan.

Paradromics är det enda företaget som fått Darpa-pengar. Matt Angle håller fram den lilla borsten igen och säger att den har fötts ur hans egen frustration över att inte kunna samla in tillräckligt med information från hjärnan. De instrument som är tillåtna att användas på människor i USA har som mest 100 stela elektroder av kisel.

Trådknippet består av 500 trådar, men antalet kan skalas upp till 100 000. På plats i hjärnbarken kan trådarna ”lyssna” på nervcellerna i närheten – de ledande trådarna fångar upp cellernas elektriska signaler. Signalerna rensas från brus och skickas vidare till en kraftfull dator.

– Det är enorma datamängder, i storleksordningen en dvd-skiva per sekund, förklarar Matt Angle.

En stor utmaning är att träna datorn att känna igen olika mönster och koppla dem till vissa rörelser eller ljud.

I början av nästa år ska Paradromics börja sälja sitt första instrument.

– Ni är faktiskt den första tidning som får se det, säger Matt Angle stolt.

Det är fortfarande en ganska stor och klumpig apparat, än så länge bara utformad för djurförsök. För att få fram en implanterbar version för människor måste tekniken krympas rejält.

För att en talprotes ska bli möjlig krävs också en bättre förståelse av hur hjärnan kodar tal. Matt Angle hänvisar till forskning som visar att hjärnan reagerar på samma sätt när en person lyssnar på ett ord som när personen tänker på samma ord.

– Detta utnyttjar vi för att förstå vad du tänker, så att det kan läsas upp av en syntetisk röst. Det är ganska coolt.

Förhoppningen är att inte bara tal ska kunna återskapas med hjälp av ”hjärndatorer”. Blinda ska kunna få tillbaka synen, förlamade rörelseförmågan och proteser ska kunna styras med hjärnkraft.

Flera steg på vägen har redan tagits för att tolka hjärnans signaler. Hjärnaktivitet har kunnat mätas med EEG på människor sedan 1920-talet. Elektroderna sitter då ovanpå skallen, ofta på något som liknar en badmössa. Olika EEG-varianter finns sedan länge på marknaden och används inom hjärnforskningen. Det utvecklas till och med datorspel som styrs med EEG.

Men för att få bättre signaler måste elektroderna opereras in i hjärnan. En enkel form bärs redan av mer än 2 000 döva eller gravt hörselskadade svenskar. Då handlar det om så kallade cochleaimplantat, en hörapparat som gör om ljudvågor till elektriska signaler som skickas vidare direkt till hörselnerven. När den stimuleras kan personen uppfatta ljud.

En annan form av hjärnstimulering används för att lindra symtomen vid parkinson och svår epilepsi. Patienterna får då elektroder inopererade som sänder en svag ström genom en liten del av thalamus långt inne i hjärnan.

Elektroderna är kopplade till ett batteri under huden på bröstet. När patienten aktiverar elektroderna mildras eller upphör skakningarna. Samma teknik testas även mot depression och flera andra neurologiska sjukdomar eller störningar.

De senaste åren har tekniken gått framåt också när det gäller att hjälpa totalförlamade att kommunicera och känna sin omgivning. Några exempel:

  • En 24-årig amerikan, förlamad från axlarna, återfick viss rörelseförmåga i handen efter att ha fått ett chipp med 100 elektroder inopererat i hjärnan. Chippet läste av åt vilket håll han ville styra handen. Signalerna gick via en dator till muskler i underarmen som styrde handen.
  • Flera totalförlamade personer har med hjälp av inopererade elektroder i hjärnan kunnat lära sig att manövrera en robotarm. Det finns även exempel där en person kunnat känna beröring via en robothand. Sensorer på robothandens fingrar kopplades till hans hjärnimplantat.
  • Förlamade personer har lärt sig att styra pekaren på en datorskärm med tankekraft och därmed kunnat skriva upp till åtta ord per minut.

Detta är dock exempel på forskningsförsök i kontrollerad miljö. Vägen till marknaden är fortfarande lång och kantad av problem. Ett uppenbart sådant är att kunskapen om hjärnan fortfarande är bristfällig. Många funktioner som minne och språk beror på komplexa samband mellan olika delar av hjärnan som forskarna är långt ifrån att förstå. Även om det skulle vara möjligt att registrera signalerna från en miljon hjärnceller, så består hela hjärnan av närmare 100 miljarder. Det är som att försöka förstå ett samtal mellan en grupp personer genom att bara lyssna på en i gruppen.

– Visioner är bra, men det ska vara något slags realism i det hela. Vi är bara i startfasen av att förstå hur hjärnan fungerar, säger Anders Lansner, professor i datateknik vid Stockholms universitet och Kungliga tekniska högskolan, som sedan 1980-talet utvecklar datorsimuleringar av hjärnans funktion.

an poängterar att många delar av hjärnan är involverade när vi till exempel tänker på ett ord. Det räcker alltså inte särskilt långt att snappa upp signaler på ett ställe. Hjärnan kommunicerar också på andra sätt än genom de elektriska impulser som kan mätas med elektroder. I kontaktytan mellan hjärncellerna sker även ett komplicerat kemiskt utbyte av olika signalsubstanser.

Trots ansträngningarna att utveckla mer skonsamma sätt att registrera hjärnsignaler så finns det fortfarande stora problem. Hjärnan är mjuk och flexibel och rör sig när du går, andas eller hostar. De stela elektroder som används i dag kan inte röra sig i samma takt. Resultatet blir inflammatoriska reaktioner och att nervceller dör. Elektroderna sjunker då gradvis djupare in i hjärnvävnaden.

– Det leder till att det krävs nya kalibreringar och daglig träning för att det hela ska fungera, säger Jens Schouenborg, professor i neurofysiologi vid Lunds universitet.

Han leder ett tvärvetenskapligt forskningscentrum, Neuronano research center, som utvecklar en ny typ av hjärnelektroder som ska ha minimal påverkan på vävnaden. I stället för något hårt som ligger och skaver har forskarna utvecklat ytterst tunna och flexibla elektroder av guld och platina.

– De rör sig som sjögräs i vattnet, säger Jens Schouenborg.

För att göra det möjligt att föra in något så mjukt i hjärnan, gjuts elektroderna först in i ett nålformat, stelt hölje av gelatin. På plats löser gelatinet upp sig utan att skada hjärnan.

Jens Schouenborg visar mikroskopbilder som visar på skillnaden mellan guldelektroder och stela kiselelektroder.

– Det är knappt någon förlust av nervceller eller aktivering av immunceller, säger han.

Än så länge har tekniken bara testats på djur. De första försöken på människor ligger några år fram i tiden. I första hand ska de nya elektroderna användas för att stimulera hjärnan vid parkinson, kronisk smärta och andra tillstånd som redan behandlas med hjärnstimulering, när inget annat hjälper.

För att ta tekniken till marknaden har forskarna startat ett företag som äger patenten.

Jens Schouenborg är skeptisk till de optimistiska planerna bland de amerikanska konkurrenterna, inte minst till hjärnimplantat för att förbättra förmågan hos friska människor.

Det väcker också svåra etiska frågor. Har vi till exempel rätt att behålla kontrollen över våra egna hjärnsignaler? När en dator kraschar kan den startas om – men vad händer om någon hackar sig in i ditt huvud?

Du har just läst en artikel från tidskriften Forskning & Framsteg. Prenumerera här.

Kommentera:

Dela artikeln:

Lägg till kommentar