Neuralink Ilona Mask. Part Five: The Problem of Neuralink

The eccentric entrepreneur, playboy, philanthropist Ilon Mask is known all over the world. This he decided to bring mankind into space, to colonize Mars, to abandon disposable rockets. He decided to make the world cleaner by transferring us from cars with ICE to self-controlled cars. While these enterprises are unfolding, he does not sit idly by. He conceived Neuralink, which will help us become new people. Without borders and without weaknesses, as it should be in the new world (Ilona Mask). Document crazy ideas The mask, as always, was called by Tim Urban with WaitButWhy (he wrote about artificial intelligence, the colonization of Mars and SpaceX). We present one of the best works of modern popular science journalism. Further from the first person.

Part 1: The Colossus of the Human

Part 2: The Brain

Part 3: Flight over the nest of neurons

Part 4: Neurocomputer Interfaces

As I already wrote about the two companies Ilona Mask – Tesla and SpaceX, – I think I understand its formula. It looks like this:

And his first thought of a new company starts right and goes to the left.

He decides that some specific changes in the world will increase the likelihood that humanity will have the best future. He knows that a large-scale change in the world happens most quickly when the whole world – the Colossus of Man – is working on it. And he knows that the Colossus of Man will strive to achieve the goal if and only if there is an economic driving force – if the process of spending resources to achieve this goal will be a good business.

Often, before a booming industry gathers momentum, it all looks like a stack of logs – all the components for the fire in place, everything is ready for work, but there is no match. There is some technological deficit that does not allow the whole industry to take off.

Therefore, when Ilon creates a company, its main strategy is usually to create a match that will ignite the industry and make Colossus Human work on it. This, in turn, according to Ilon, will lead to events that will change the world in such a way that the likelihood that humanity will have the best future will increase. But you need to look at his company from a bird's eye view to understand it all. Otherwise, you will erroneously consider everything that it does as a normal business – whereas in fact what looks like a business will be a mechanism for supporting a company introducing innovations to create an important match.

When I was working on articles on Tesla and SpaceX, I asked Ilon why he was climbing into engineering, and not into science, and he explained that when it comes to progress, "engineering is a deterrent." In other words, the progress of science, business and industry – all this happens with the resolution of technological progress. And if you look at history, it makes sense – because every greatest revolution in the progress of mankind is a technical breakthrough. Match.

So, to understand the company of Ilona Mask, you need to think about the match he is trying to create – along with three other variables:

And when I started to think about what Neuralink was, I knew what variables I needed to put. At that time, I had a very vague idea of ​​one of the variables – that the company's goal was "to accelerate the emergence of the cerebral neuro interface." Or a magic hat, as I called it.

As far as I understood, the interface of the general brain was supposed to represent a neurocomputer interface in an ideal world – a super-duper-advanced concept, when all the neurons in your brain can invisibly communicate with the world from the outside. This concept was based on the science fiction idea of ​​"neural lace" from the "Culture" series by Ian Banks – a weightless, intangible interface to the entire brain that can be teleported to the brain.

I had plenty of questions.

Fortunately, I was heading to San Francisco, where I was to sit down with half the team of the founders of Neuralink and be the most stupid person in the room.

A retreat on why I do not exaggerate, calling myself the most stupid person in that room, just look.

The Neuralink team:

Paul Merolla who spent the last seven years as the lead chip designer at IBM for the SyNAPSE program, where he directed the development of the TrueNorth chip, one of the largest CMOS devices in history in terms of the number of transistors, if anything. Paul told me that his field of work was called neuromorphic, and the goal was to create transistor circuits based on the principles of brain architecture.

Vanessa Tolosa an expert on the microassembly of the Neuralink team, one of the leading researchers of biocompatible materials in the world. Vanessa's work includes the design of biocompatible materials based on the principles of the integrated circuit industry.

Max Hodak who worked on the development of several innovative technologies for NCI in the laboratory of Miguel Nicoleleis in Duke, and twice a week went to college to run Transcriptic, a "robotic cloud laboratory for natural sciences" that He himself founded.

Dee Jay Seo who in his 20-plus years developed at the University of California at Berkeley a state-of-the-art new concept of NCI called "neural dust" – tiny ultrasonic sensors that can provide a new way of recording brain activity.

Ben Rapoport an expert in surgery at Neuralink, as well as a leading neurosurgeon. He also has a doctorate in electrical engineering from the Massachusetts Institute of Technology, which allows him to pass his neurosurgeon's work "through the lens of implantable devices."

Tim Hanson whom his colleague introduced as "one of the best engineers around the world on the planet". He is self-taught, but thanks to his knowledge of materials science and methods of microfabrication, he managed to create some key technologies that will be used in Neuralink.

Flip Sabes a leading researcher whose laboratory at the University of California, San Francisco, laid new ground for the NCI, combining "cortical physiology, computational and theoretical modeling, as well as human psychophysics and physiology."

Tim Gardner a leading researcher at Boston University, whose laboratory is working on the introduction of NCI in birds, to study "how complex songs are collected from elementary neural units" and learn about "the connections between patterns of neural activity in different Time scales ". Tim and Flip left their established posts to join the Neuralink team.

Well, Ilon himself the general director and member of the team. The post of the general director singles out this project against the background of the others that he recently launched, and places Neuralink in the highest priority for him, where only SpaceX and Tesla live. When it comes to neurology, Ilon has the least technical knowledge in the team – but after all, he started SpaceX without much technical knowledge and quickly became a certified rocket specialist, reading and asking questions to experts in his team. The same thing will happen here.

I asked Ilona how he assembled his team. He replied that he met literally with 1000 people to gather this group, and part of the task was a huge number of completely separate expert areas that needed to be sorted out: neurobiology, neurosurgery, microscopic electronics, clinical trials, etc. As this is an interdisciplinary area, he was looking for Interdisciplinary experts. And it can be seen from their biographies – all members of the group have a unique combination of knowledge that crosses with the knowledge of other members of the group and together make up a mega-expert. Ilon also wanted to find people who could look down on a mission that was more focused on industrial results than on paper production. In general, it was not easy.

But they sat at a round table and looked at me. I was a little shocked, because I had to do a lot of research before I came here. I learned from myself the thesis, they picked it up and multiplied it four times. And while the discussion continued, I began to gradually understand what is what.

Over the next few weeks I met with other founders, every time playing the role of a fool. At these meetings, I focused on trying to make an exhaustive picture of the challenges before us and how the path to the magic hat will look. I wanted to understand these two boxes:

The first was simple. The Neuralink business part is a company that develops neurocomputer interfaces. They want to create ultramodern NCIs – some of them will be "micron-sized devices". This process will support the growth of the company and will be an excellent base for introducing innovation (like the way SpaceX uses its launches to support the company and experiment with the latest engineering developments).

As for the interface over which they plan to work, this is what Ilon says:

"We are striving to bring something to the market that will help with certain serious brain injuries (stroke, cancer, congenital), about four years later."

The second box was more complicated. Today it seems obvious to us that the use of steam engine technology for the sake of the force of fire was to begin, so that an industrial revolution took place. But if you talked to someone in 1760 about this, clarity would be much less – what obstacles to overcome, what innovations to introduce, how much all this will take time. And here we are – we are trying to understand how the match should look, which will ignite the neuro-revolution, and how to create it.

The starting point for discussing innovation will be a discussion about obstacles – why the need for innovation generally arises. In the case of Neuralink, this list will be large. But even taking into account the fact that the main constraint is engineering engineering, there are several major problems that are unlikely to become the main obstacle:

Public skepticism

A recent survey was conducted in which it was found that Americans are afraid of future biotechnology, in particular – NCI, more than editing of genes.

Flip Sabes does not share their fears.

When a scientist thinks about changing the fundamental nature of life – about creating viruses, about eugenics, etc. – a spectrum is created that many biologists find quite disturbing, but I know that when neuroscientists think about chips in the brain, it does not seem strange to them , Because we already have chips in the brain. We have deep brain stimulation that alleviates the symptoms of Parkinson's disease, we perform the first tests of the chips to restore vision, we have a cochlear implant – it does not seem strange to put the device in the brain to read and write information.

And, after learning all about the chips in the brain, I agree – and when Americans learn about them all, they too will change their mind.

History supports this prediction. People did not get used to Lasik eye surgery very quickly when it first appeared – 20 years ago, only 20,000 people a year resorted to surgery. Today this number is already 2 000 000. The same is with pacemakers. And defibrillators. And organ transplant. But she once gave Frankenstein! Implants of the brain will be from the same opera.

Our misunderstanding of the brain

Remember, "if you imagine a brain understood by one mile, we walked just three inches along it"? Flip also thinks so:

If we needed to understand the brain in order to interact with it in essence, we would have problems. But all these things in the brain can be deciphered without a full understanding of the dynamics of computing in the brain. The ability to consider this all is the problem of engineers. The ability to understand the origin and organization of neurons in the smallest details that would satisfy neuroscientists fully is a separate problem. And we do not need to solve all these scientific problems in order to make progress.

If we can simply use technical methods to make neurons talk to computers, this will be enough, and machine learning will take care of the rest. That is, teach us the science of the brain. As Flip notes:

The reverse side of the phrase "we do not need to understand the brain to make progress" is that progress in engineering will almost certainly increase our scientific knowledge – like how Alpha Go will teach the best players in the world the best strategies for playing go. And this scientific progress will lead to even more technical progress – engineering and science will push each other.

Evil giants

Tesla and SpaceX both advance on very large tails (for example, the automotive industry, the oil and gas and military-industrial complex). Big tails do not like when they are attacked, so usually they do everything possible to hinder progress of the advancing one. Fortunately, Neuralink does not have such a problem. There is not a single major activity that Neuralink can destroy (at least in the foreseeable future – and there, a possible neurorevolution will disrupt the work of almost every industry).

Obstacles to Neuralink are technological obstacles. There are a lot of them, but two of them stand alone, and if overcome, it may be enough that all other walls fall and completely change the trajectory of our future.

The Great Obstacle # 1: The Bandwidth

At the same time, there were never more than a couple of hundred electrodes in the human brain. If we compare with vision, this is equivalent to an ultra-low resolution. If compared with the engine, this is the simplest command with a small degree of control. If you compare with thoughts, several hundred electrodes will be enough only to convey a simple stated message.

We need higher bandwidth. Much higher.

Arguing over an interface that could change the world, the Neuralink team determined an approximate number of "one million simultaneously readable neurons". It is also said that 100 000 – this number will create many useful NCI with various applications.

The first computers encountered similar problems. Primitive transistors took up a lot of space and were difficult to scale. But in 1959 an integrated circuit appeared – a computer chip. Together with her, there was a way to increase the number of transistors and Moore's law – the notion that the number of transistors that can fit on a computer chip doubles every 18 months.

Until the 1990s, electrodes for the NKI were made by hands. Then we started to figure out how to produce these tiny 100-electrode multi-electrode matrices using modern semiconductor technologies. Ben Rapoport of Neuralink believes that "the transition from manual production to Utah Array electrodes was the first hint that Moore's law could have power in the field of NCI."

This is a huge potential. Today our maximum is a few hundred electrodes capable of measuring about 500 neurons at a time – it's far from a million, not even close. If we add 500 neurons every 18 months, we will come to a million in 5017. If we double this number every year and a half, we will get a million by 2034.

Currently, we are somewhere in between. Jan Stevenson and Conrad Cording published a paper that examined the maximum number of neurons that were read simultaneously at different times over the past 50 years (in any animal) and output the result on this graph:

This study, also called Stevenson's law, suggests that the number of neurons that we can register simultaneously seems to double every 7.4 years. If this indicator keeps, until the end of this century, we will be able to reach a million, and in 2225 – record each neuron in the brain and get our ready-made magician's hat.

In general, the equivalent of an integrated circuit for NCI is not yet, because 7.4 years is too large a number to start the revolution. The breakthrough will not be made by a device that can record a million neurons, but with a paradigm shift, which will make the chart look more like Moore's law and less – on Stevenson. As soon as this happens, millions of neurons will follow.

The Great Obstacle # 2: Implantation

НКИ не смогут захватить мир, если всякий раз для их внедрения придется вскрывать черепушку.

Это важная тема в Neuralink. Думаю, слово «неинвазивно» или «неинвазивный» было произнесено раз сорок во время моих бесед с командой.

Помимо того, что это серьезный барьер для входа и серьезная проблема для безопасности, инвазивная операция на головном мозге стоит дорого и многого требует. Илон сказал, что финальный процесс имплантации НКИ должен быть автоматизирован. «Машина, которая будет на это способна, должна быть чем-то вроде Lasik, автоматизированным процессом — потому что в противном случае вы будете ограничены числом нейрохирургов, а затраты будут слишком высоки. Нужна машина по типу Lasik, чтобы масштабировать этот процесс».

Создание НКИ с высокой пропускной способностью было бы прорывом уже само по себе, не говоря уж о разработке неинвазивных имплантатов. Но выполнение обоих пунктов начнет революцию.

Другие препятствия

Сегодняшние пациенты с НКИ ходят с проводом, торчащим из головы. В будущем это, конечно, не взлетит.  Neuralink планирует работать над устройствами, которые будут беспроводными. Но это также сопряжено с проблемами. Необходимо устройство, которое сможет беспроводным путем передавать и получать кучу данных. Значит, оно должно самостоятельно позаботиться о таких вещах, как усиление сигнала, преобразование аналога в цифру, а также сжатие данных. И это все также должно работать на индукционном токе.

Еще одна большая проблема — биосовместимость. Чувствительная электроника, как правило, не очень хорошо уживается в желейном шарике. И тело человека плохо принимает инородные объекты в себя. Но мозговые интерфейсы будущего должны будут работать вечно и без перебоев. Следовательно, устройство будет герметично упаковано и достаточно надежно, чтобы переживать десятилетия жужжания и смещения нейронов вокруг. И мозг — который расценивает современные устройства как вторженцев и покрывает их рубцовой тканью — придется как-нибудь обмануть, заставив думать, что это устройство — нормальная часть мозга.

Есть еще проблема с пространством. Где именно вы будете размещать свое устройство, которое сможет взаимодействовать с миллионом нейронов в черепе, который и без того делит пространство на 100 миллиардов нейронов? Миллион электродов, использующих современные многоэлектродные массивы, будет размером с бейсбольный мяч. Поэтому дальнейшая миниатюризация — это еще одна непрекращающаяся инновация, которую можно добавить в список.

Есть также факт того, что современные электроды в основном оптимизированы для простой электрической записи или простой электрической стимуляции. Если нам действительно нужен эффективный интерфейс, потребуется нечто иное, чем однофункциональные жесткие электроды — что-то с механической сложностью нейронных цепей, которые могут записывать и стимулировать, а также могут взаимодействовать с нейронами химически, механически и электрически.

И давайте просто условимся, что все это идеально сочетается — широкополосное, долговременное, биосовместимое, двунаправленное, коммуникативное, неинвазивно-имплантируемое устройство. Теперь мы можем вести диалог с миллионом нейронов одновременно. Только вот… мы ведь не знаем, как разговаривать с нейронами. Не так-то просто расшифровать статические вспышки сотни нейронов, но ведь мы, по сути, пытаемся изучить набор определенных вспышек, отвечающих определенным простым командам. С миллионом сигналов это не сработает. Обычный переводчик, по сути, использует два словаря, подменяя слова из одного словами в другом — но ведь это не значит понимать язык. Нам нужно осуществить мощный скачок в машинном обучении прежде, чем компьютер научится языку, и еще больший скачок будет необходимо проделать, чтобы понять язык мозга — потому что люди определенно не будут учиться расшифровывать код миллиона одновременно активирующихся нейронов.

Какой простой сейчас кажется колонизация Марса.

Но я готов поспорить, что телефон, автомобиль и посадка на Луну показались бы непреодолимыми технологическими проблемами для людей несколькими десятилетиями ранее. И я готов поспорить, что это —

— покажется совершенно неразрешимым для людей времен этого:

И да, это в вашем кармане. Если прошлое нас чему-то научило, так это тому, что всегда будут существовать технологии будущего, немыслимые для людей прошлого. Мы не знаем, какие технологии, которые кажутся нам совершенно невозможными, в дальнейшем станут повсеместными, но будут и такие. Люди всегда недооценивают Колосс Человеческий.

Если у всех, кого вы знаете, к 40 годам появится электроника в черепе, это произойдет благодаря сдвигу парадигму, который вызвал фундаментальный сдвиг во всей этой индустрии. Этот сдвиг как раз и пытается организовать команда Neuralink. Другие команды работают над этим тоже, и крутые идеи уже начали появляться:

Актуальные инновации в области НКИ

Группа из Университета штата Иллинойс разрабатывает интерфейс из шелка:

Шелк можно свернуть в тонкую связку и относительно неинвазивно ввести в мозг. Там он теоретически расправится и осядет в контурах, как термоусадочная пленка. На шелке будут гибкие кремниевые транзисторные массивы.

В своем выступлении TEDx Talk, Хон Йео продемонстрировал массив электродов, нанесенный на его кожу, как временная татуировка, и ученые считают, что этот метод можно потенциально использовать в мозге:

Другая группа работает над своего рода наномасштабной электродной нейронной сеткой, настолько крошечной, что ее можно ввести в мозг при помощи шприца:

Для сравнения: эта красная трубочка справа является кончиком шприца.

Другие неинвазивные методы включают вхождение в вены и артерии. Илон упоминал следующее: «Наименее инвазивный способ будет чем-то вроде прочного стента, который входит через бедренную артерию и разворачивается в кровеносной системе для взаимодействия с нейронами. Нейроны используют много энергии, поэтому это по сути дорожная сетка к каждому нейрону».

DARPA, подразделение технологических инноваций вооруженных сил США, благодаря недавно профинансированной программе BRAIN, ведет разработку крошечных «замкнутых» нейронных имплантатов, которые могут заменить лекарства.

Второй проект DARPA нацелен на установку миллиона электродов в устройство размером с монетку.

Другая идея, над которой ведется работа, это транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС), в которой магнитная катушка вне головы может создавать электрическим импульсы внутри мозга.

Эти импульсы могут стимулировать целевые области нейронов, обеспечивая абсолютно неинвазивный тип глубокой стимуляции мозга.

Один из соучредителей Neuralink, Ди Джей Сео приложил усилия к разработке еще более крутого интерфейса под названием «нейронная пыль». Нейронная пыль являет собой крошечные кремниевые сенсоры размером в 100 мкм (примерно равные ширине волоса), которые должны впрыскиваться прямо в кору. Совсем рядом, над твердой мозговой оболочкой, будет располагаться 3-миллиметровое устройство, которое сможет взаимодействовать с датчиками в пыли посредством ультразвука.

Это еще один пример инновационных преимуществ, получаемых от междисциплинарной команды. Ди Джей объяснил мне, что «существуют технологии, о которых вообще не задумываются в этой области, но мы можем привнести в нее некоторые принципы их работы». Он говорит, что нейронная пыль была создана под впечатлением от принципов работы технологий микрочипов и RFID. Можно с легкостью увидеть, как работает перекрестное влияние разных полей:

Другие работают над еще более невероятными идеями, такими как оптогенетика (когда вы вводите вирус, который крепится к клетке мозга, заставляя ее впоследствии стимулироваться светом) или использованием углеродных нанотрубок, миллион которых можно связать вместе и направить в мозг через кровоток.

Эти люди работают над инновациями в компании.

Сейчас это относительно небольшая группа, но когда прорыв действительно начнет давать о себе знать, это быстро изменится. События начнут быстро развиваться. Пропускная способность мозга будет становиться все лучше и лучше, так как процедуры имплантации будут становиться проще и дешевле. Возникнет общественный интерес. И когда общественный интерес наберет обороты, заметит возможность и Колосс Человеческий — и тогда скорость развития подскочит до небес. Точно так же, как прорывы в компьютерном оборудовании привели к развитию программного обеспечения, так и крупные индустрии подключатся к разработке умных приложений и передовых машин, которые будут работать совместно с нейрокомпьютерными интерфейсами. Когда-нибудь в 2052 году вы будете рассказывать какому-нибудь ребенку о том, как все начиналось, и ему будет скучно.

Я пытался заставить команду Neuralink обсудить со мной 2052 год. Я хотел узнать, что будет, когда все это воплотится в жизнь. Я хотел узнать, что они сами хотели бы поставить на место прочерка. Но это было непросто — ведь эту команду создавали специально, чтобы она сосредоточилась на конкретных результатах, а не на пустых словах.

Но я продолжал просить, стиснув зубы, пока они не изложили свои мысли касательно будущего. Я также провел большую часть своих бесед на тему далекого будущего с Илоном и Мораном Серфом, нейробиологом, который работает над НКИ и много думает о долгосрочных последствиях своей работы. Наконец, один из членов команды Neuralink рассказал мне, что, безусловно, он и его коллеги о многом мечтают — иначе бы они не делали то, что делают — и что многие вещи в их области были созданы под влиянием научной фантастики. Он рекомендовал мне поговорить с Рамезом Наамом, автором знаменитой трилогии «Нексус». Поэтому я задал 435 вопросов Рамезу, чтобы составить полную картину.

По итогам этой беседы я ушел совершенно убитым. Однажды я писал, каково будет, если мы вернемся в 1750 год — когда еще не было электричества, двигателей или телекоммуникаций — вытащим Джорджа Вашингтона и покажем ему наш современный мир. Он будет так шокирован, что умрет. Тогда же я задумался о концепции того, на сколько лет в будущее нужно отправиться, чтобы испытать смертельный шок от прогресса. Я назвал ее Точкой Смертельного Прогресса (ТСП).

С тех пор, как родился Колосс Человеческий, наш мир обрел странное свойство — с течением времени он становится все волшебнее. Так работает ТСП. И поскольку развитие порождает еще более быстрое развитие, тенденция состоит в том, что со временем ТСП становится все ближе, все короче. Для Джорджа Вашингтона ТСП составляла несколько сотен лет, что не так-то много в общей схеме человеческой истории. Но сейчас мы живем во времени, когда все летит так быстро, что мы можем испытать несколько ТСП за свою жизнь. Объем всего, что случилось с 1750 по 2017 года, может быть повторен уже в течение вашей жизни, причем неоднократно. Это волшебное время, чтобы жить — и это сложно понять, трудно заметить, потому что ту жизнь, которой мы живем, мы проживаем изнутри.

Во всяком случае я много думаю о ТСП и всегда задаюсь вопросом, что было бы, если бы мы отправились вперед в машине времени и испытали то, что Джордж испытал бы здесь. Каким должно быть будущее, чтобы я умер от шока? Можно рассуждать о таких вещах, как искусственный интеллект и редактирование генов, и я не сомневаюсь, что прогресс в этих областях может привести к моей смерти от шока. Но фраза «кто его знает, как оно будет» никогда не была описательной.

Я считаю, что у меня, возможно, наконец появилась описательная картина нашего шокирующего будущего. Позвольте мне обрисовать ее вам.

Продолжение следует.


leave a comment

Create Account

Log In Your Account