Πληκτρολογώντας με τη σκέψη

Ο 62χρονος Αυστραλός Philip O’ Keefe που πάσχει από αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS), μια εκφυλιστική διαταραχή του νευρικού συστήματος που προκαλεί παράλυση, έγινε είδηση στον διεθνή Τύπο στις 23 Δεκεμβρίου ως το πρώτο άτομο που έστειλε επιτυχώς μήνυμα στον κόσμο απευθείας στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης μέσω της σκέψης του! Πώς το κατάφερε αυτό; Με τη βοήθεια μιας εμφυτεύσιμης συσκευής, της Stentrode που ανέπτυξε η neurotech startup Synchron με επικεφαλής τον Καθηγητή επεμβατικής Νευρολογίας Thomas Oxley, τον προφίλ του οποίου στο twitter χρησιμοποίησε ο 62χρονος για να γράψει:”Γειά σου κόσμε! Σύντομο tweet. Μνημειώδης πρόοδος!”

Η εμφύτευση της συσκευής πραγματοποιήθηκε χωρίς εγχείρηση τον Απρίλιο του 2020, όταν η κατάσταση του κ. O’ Keefe επιδεινώθηκε σε σημείο που δεν μπορούσε πια να προχωρήσει σε καμία δραστηριότητα. Ο ίδιος χρειάστηκε μόνο 4 ώρες για να μπορέσει να χρησιμοποιήσει τη συσκευή και να εισαγάγει κείμενο στον υπολογιστή ενεργοποιώντας μόνο τη σκέψη του. Λίγο μετά το πρώτο tweet και σύμφωνα με δελτίο τύπου της Synchron, ακολούθησε και δεύτερο στο οποίο ο ασθενής έγραψε: “Το σύστημα είναι εκπληκτικό, είναι σαν να μαθαίνεις να οδηγείς ποδήλατο – θέλει εξάσκηση, αλλά μόλις ξεκινήσεις, γίνεται φυσικά”. Στόχος του κ. O’Keefe ήταν να μοιραστεί με τον κόσμο την εμπειρία του από την μερική ανάκτηση της ανεξαρτησίας του και να εμπνεύσει για το μέλλον. «Η ελπίδα μου είναι ότι ανοίγω το δρόμο στους ανθρώπους να κάνουν tweet μέσω των σκέψεών τους», ήταν το τελευταίο του tweet

Ηγέτης στη τεχνολογία BCI

Η Synchron, που έχει την έδρα της στο Μπρούκλιν στη Ν. Υόρκη, γραφεία στη Silicon Valley στη Καλιφόρνια και R&D εγκαταστάσεις στη Μελβούρνη είναι η πρώτη startup που έλαβε έγκριση από τον FDA για τη διεξαγωγή κλινικών δοκιμών μιας μόνιμα τοποθετημένης BCI (brain-computer interface) τεχνολογίας και ξεκινά με τη νέα χρονιά την πρώτη μελέτη σε ανθρώπους στις ΗΠΑ. «Ανυπομονούμε να βελτιώσουμε τη BCI συσκευή μας μέσα από τις πρώτες μελέτες σε ανθρώπους στις ΗΠΑ  το επόμενο έτος», σχολιάζει ο CEO της εταιρείας.

Η Synchron από το 2012, εργάζεται πάνω σε λύσεις που παρακάμπτουν την ανοιχτή χειρουργική επέμβαση εγκεφάλου χρησιμοποιώντας μια ελάχιστα επεμβατική διαδικασία. Η εταιρεία είναι μία από τις πολλές neurotech startups εταιρείες που πραγματοποιούν σημαντικές προόδους στις τεχνολογίες BCI, όπως είναι και η Neuralink του Elon Musk που σχεδιάζει επίσης την έναρξη δοκιμών σε ανθρώπους το 2022.

Η Synchron που ιδρύθηκε από τους ερευνητές του Πανεπιστημίου της Μελβούρνης Thomas Oxley (CEO) και Nicholas Opie (CTO) για την εμπορευματοποίηση της Stentrode είναι η πρώτη εταιρεία που ανέπτυξε μια ενδoαγγειακή ελάχιστα επεμβατική, πλήρως εμφυτεύσιμη συσκευή διεπαφής ανθρώπινου εγκεφάλου-υπολογιστή. Το σύστημα κινητικής νευροπροσθετικής (MNP) – γνωστό ως Stentrode – αναπτύχθηκε από κορυφαίους ειδικούς της ιατρικής και της μηχανικής και πρόσφερε στην εταιρεία το BCI Award για το 2021 και το Society of Vascular and Interventional Neurology (SVIN) Innovation Award, ενώ η startup συμπεριλήφθηκε επίσης μεταξύ των καλύτερων εφευρετών του περιοδικού TIME για το 2021 και του Fast Company’s Next Big Things in Tech.

Μέχρι στιγμής η Synchron έχει κατοχυρώσει 55 πατέντες και έχει συγκεντρώσει συνολικά κεφάλαια 97 εκατομμυρίων AU$, συμπεριλαμβανομένων 52 εκατομμυρίων AU$ που απέσπασε το 2021 από 13 επενδυτές με επικεφαλής την κεφαλαιουχική εταιρεία Silicon Valley, Khosla Ventures, και 10 εκατομμυρίων USD από το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας (NIH) για να ξεκινήσει κλινικές δοκιμές στις ΗΠΑ.

Η πρωτοποριακή πλατφόρμα της Synchron εγκαινιάζει ένα νέο πεδίο ιατρικής, τη Νευροεπεμβατική Ηλεκτροφυσιολογία (Neuro EP) και σύμφωνα πάντα με την ομάδα της εταιρείας, η τεχνολογία  της αναμένεται να μεταμορφώσει τρεις ιατρικούς κλάδους: τη Νευροπροσθετική, τη Νευροτροποποίηση και τη Νευροδιαγνωστική.

Πώς λειτουργεί

Η συσκευή Stentrode αναπτύχθηκε από την Synchron σε συνεργασία με μια διεπιστημονική ομάδα 40 ερευνητών από το Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης, του  Royal Melbourne Hospital και του Florey Institute of Neuroscience and Mental Health και μεταφράζει νευρικές πληροφορίες (από ένα αιμοφόρο αγγείο κοντά στον κινητικό φλοιό) σε εντολές στην οθόνη υπολογιστή.

Η τεχνολογία που δεν απαιτεί χειρουργική επέμβαση ανοιχτού εγκεφάλου και που τοποθετείται στην κορυφή του κινητικού φλοιού περιλαμβάνει τον κόμβο που αποτελείται από τη stentrode και την εσωτερική μονάδα δέκτη-πομπού που τοποθετείται στο στήθος κάτω από το δέρμα. Η συσκευή stentrode-το “κλειδί” της τεχνολογίας- αποτελείται από μια συστοιχία ενδοαγγειακών ηλεκτροδίων, έχει διάμετρο 8 mm και είναι κατασκευασμένη από ένα εύκαμπτο κράμα από νικέλιο και τιτάνιο που ονομάζεται νιτινόλη. Έχει σχεδιαστεί για να καταγράφει ή να διεγείρει τον εγκέφαλο ή τα νεύρα μέσα από τα αιμοφόρα αγγεία με την ενσωμάτωσή της στο τοίχωμα του αιμοφόρου αγγείου παρόμοια με ένα stent, χωρίς να προκαλεί μακροχρόνια φλεγμονή ή τραύμα στον εγκέφαλο. Η stentrode καταγράφει εγκεφαλικά σήματα από τον κινητικό φλοιό και μεταδίδει ασύρματα στις εξωτερικές συσκευές ακατέργαστα δεδομένα

Το δεύτερο βασικό στοιχείο της συσκευής είναι ο άξονας που αποτελείται από την εξωτερική μονάδα δέκτη-πομπού και τη μονάδα ελέγχου σήματος. Ο άξονας ανιχνεύει ασύρματα ακατέργαστα εγκεφαλικά σήματα από τον κόμβο και τα μεταφράζει σε τυποποιημένες ψηφιακές εντολές που μπορούν να αναγνωριστούν από οποιαδήποτε συσκευή Bluetooth.

Τέλος, το λογισμικό τελικού χρήστη brain.io, που είναι μια πλατφόρμα hands-free, ελεγχόμενη από τη σκέψη χρησιμοποιεί μεταφρασμένη εγκεφαλική δραστηριότητα για τον έλεγχο εφαρμογών και συσκευών που έχουν σχεδιαστεί για την αποκατάσταση της ψηφιακής ελευθερίας. Η πλατφόρμα βοηθά τους χρήστες να μετατρέψουν τα συλλεχθέντα σήματα του εγκεφάλου σε εφαρμογές για μηνύματα κειμένου, αποστολή email, τραπεζικές συναλλαγές και αγορές.

Picture credits: Synchron

Η Synchron είχε ξεκινήσει από το 2019 μια δοκιμή του συστήματος αρχικά σε δυο άτομα στην Αυστραλία και μέχρι στιγμής η συσκευή Stentrode έχει εμφυτευθεί σε 4 ασθενείς, οι οποίοι εκπαιδεύτηκαν στο να κατευθύνουν τις σκέψεις τους ώστε να ελέγχουν το ποντίκι για κλικ στον υπολογιστή ή για μεγέθυνση μιας ιστοσελίδας με τη βοήθεια ξεχωριστού ανιχνευτή κίνησης των ματιών. Τα προκαταρκτικά αποτελέσματα έδειξαν ότι οι δύο πρώτοι ασθενείς, που είχαν διαγνωστεί με αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση, μπορούσαν να ελέγχουν αυτόνομα τους προσωπικούς τους υπολογιστές με ακρίβεια τουλάχιστον 92% στα κλικ του ποντικιού και με μέση ταχύτητα πληκτρολόγησης μεταξύ 14 και 20 χαρακτήρων ανά λεπτό.

Οι ερευνητές υποστηρίζουν πως το σύστημα, εκτός από τη χρήση εγκεφαλικών κυμάτων για τον έλεγχο συσκευών, θα μπορούσε τελικά να χρησιμοποιηθεί και προς την αντίθετη κατεύθυνση, στέλνοντας σήματα στον εγκέφαλο για τη θεραπεία νευρολογικών καταστάσεων όπως η νόσος του Πάρκινσον, η επιληψία, η κατάθλιψη, ο εθισμός και άλλα.

Και ενώ η τεχνολογία της Synchron είναι σίγουρα επαναστατική, δεν αποτελεί μια εντελώς άνευ προηγουμένου επανάσταση. Μια παρόμοια μετάβαση από τη μηχανική στην ηλεκτρονική τεχνολογία έλαβε χώρα στην καρδιολογία τη δεκαετία του 1990, η οποία χάραξε στη Synchron (και στον υπόλοιπο κόσμο) έναν οδικό χάρτη για τη μελλοντική της πορεία.

Η ανάγκη

Η παράλυση είναι μια μη αναστρέψιμη κατάσταση που επηρεάζει πάνω από 30 εκατομμύρια ανθρώπους. Οι παραδοσιακές διαδικασίες διεπαφής εγκεφάλου με υπολογιστή περιλαμβάνουν ανοικτή χειρουργική επέμβαση, με αισθητήρες εμφυτευμένους απευθείας σε ευαίσθητο εγκεφαλικό ιστό για να διαβάζουν τα νευρικά σήματα και να επιτρέπουν στους ασθενείς να χειρίζονται εξωτερικές συσκευές.

Όμως αυτές οι χειρουργικές επεμβάσεις εμπεριέχουν πολλούς κινδύνους, συμπεριλαμβανομένης της μόλυνσης και της αιμορραγίας. Εκτός από το ότι προκαλούν άμεσο, εντοπισμένο τραύμα στον εγκέφαλο, τα διεισδυτικά ηλεκτρόδια προκαλούν επίσης ανοσοαπόκριση, η οποία έχει αναφερθεί ότι προκαλεί αστοχία της συσκευής εντός έξι μηνών.

Ένα μέσο για την παράκαμψη της πολύπλοκης, επεμβατικής χειρουργικής και την προσφορά μιας μόνιμης λύσης που θα επιτρέψει στους ασθενείς να ανακτήσουν τη λειτουργική τους κινητικότητα, όπως αυτή που προσφέρει η Synchron, θα καθιστούσε πολύ ασφαλέστερη για τα άτομα με παράλυση την εκτέλεση καθημερινών δραστηριοτήτων και θα ωφελούσε ένα ευρύτερο φάσμα ανθρώπων.