Elektroencefalografie neboli EEG byla vynalezena právě před 100 lety. Zařízení na sledování mozkové elektřiny zásadně ovlivnilo zkoumání lidského mozku. Je také důležité pro diagnostiku a vedení léčby různých mozkových poruch, včetně epilepsie.
Dne 6. července 1924 provedl v Jeně psychiatr Hans Berger první EEG záznam u člověka, a vytvořil tak základ pro dnešní mozkové implantáty. Také technologie společnosti Neuralink, která nyní vyrábí mozkové implantáty, je založena na logice elektroencefalografie. Prvním pacientem před 100 lety byl 17letý chlapec Carl Seidel podstupující neurochirurgickou operaci. Do té doby prováděl Berger a další výzkumníci elektrické záznamy na mozcích zvířat.
Tragický osud objevitele
Berger byl posedlý hledáním fyzického základu toho, co nazýval psychickou energií nebo duševním úsilím v lidech. Prostřednictvím série experimentů změřil objem mozku a teplotu, aby studoval změny v mentálních procesech, jako je intelektuální práce, pozornost a touha.
Poté se obrátil k záznamu elektrické aktivity. Ačkoli zaznamenal první stopy EEG v lidském mozku v roce 1924, výsledky publikoval až v roce 1929. Těch pět let trvalo jeho vlastní pochybování o zdroji EEG signálu v mozku a zdokonalování experimentálního nastavení. Berger zaznamenal stovky EEG na různých subjektech, včetně svých vlastních dětí, s experimentálními úspěchy i neúspěchy.
Nakonec přesvědčen o výsledcích publikoval sérii článků v časopise Archiv für Psychiatrie a doufal, že získá Nobelovu cenu. Bohužel, výzkumná komunita o jeho výsledcích pochybovala a uplynuly roky, než kdokoli jiný začal používat EEG v dalším, vlastním výzkumu. V německy mluvícím světě odborníků se prostě jeho výsledky zpočátku téměř nebraly vážně a občas byly i zesměšňovány.
Uznání od zahraničních vědců bylo mnohem větší. Britský neurofyziolog a nositel Nobelovy ceny baron Edgar Douglas Adrian (1899—1977) navrhl pojmenovat nejen fenomén, ale také EEG vlny coby celek jako Bergerovy vlny. Berger to však odmítl a pojmenoval je α, β, δ vlny podle řecké abecedy. Od jara 1941 trpěl poruchami spánku, které pravděpodobně souvisely s těžkými depresemi. Rozvinuly se u něj srdeční problémy, jež vyvrcholily infarktem. V květnu 1941 byl přijat na Univerzitní lékařskou kliniku v Jeně, kde dobrovolně ukončil svůj život v časných ranních hodinách 1. června 1941.
Berger byl za svůj objev poprvé nominován na Nobelovu cenu v roce 1940. Jedním z navrhovatelů byl zřejmě Edgar Douglas Adrian. Kvůli válce však cena nebyla v letech 1940 až 1942 udělena.
Metoda EEG se po 2. světové válce rychle vyvíjela. Vedla k velkým objevům o tom, jak mozek zpracovává informace v mnoha dalších kognitivních oblastech, včetně toho, jak lidé vnímají svět kolem sebe, jak zaměřují svou pozornost, jak komunikují jazykem a jak zpracovávají emoce.
Vědci používají EEG, aby zjistili, zda lze paměť zlepšit neinvazivní stimulací mozku. Přestože je tento výzkum v podstatě „v plenkách“, přinesl už řadu slibných výsledků. Jedna studie například zjistila, že neinvazivní mozková stimulace při gama frekvenci (25 Hz) zlepšila paměť a přenos neurotransmiterů u Alzheimerovy choroby.
Co bude možné za dalších 100 let? Někteří vědci předpovídají, že se bude EEG používat k diagnostice a vytváření cílené léčby mozkových poruch. Jiní předpokládají, že cenově dostupné, nositelné EEG bude široce používáno ke zlepšení kognitivních funkcí doma nebo bude bezproblémově integrováno do aplikací virtuální reality.
Nejdůležitějším nástrojem pro analýzu dat EEG se, podobně jako i v jiných vědních oblastech, stala umělá inteligence (AI). Umožnila už zviditelnit určité části vědomí, což dříve nebylo absolutně možné. Lze například sledovat, zda pacient viděl určitý TV seriál nebo zda poznává určitou osobu. Musíme si však položit základní etickou otázku: Jak dalece chceme tuto technologii používat?
První čip v mozku
Na vývoj EEG navazují současné snahy propojit lidský mozek s počítačem. Nejznámějším příkladem jsou výzkumy společnosti Neuralink miliardáře Muska. Ten oslnil začátkem letošního roku své příznivce, když představil prvního lidského pacienta, kterému jeho společnost Neuralink implantovala do mozku čip „Telepatie“.
Noland Arbaugh (29 let) se stal prvním člověkem, kterému byla implantováno rozhraní mozku a počítače (BCI), jež pomáhá pacientům s těžkou paralýzou ovládat externí technologie, jako je laptop nebo smartphone, pouze pomocí nervových signálů. Arbaugh řekl, že byl den po zákroku propuštěn z nemocnice a od té doby mohl dělat věci, které předtím nemohl, včetně hraní online šachů a videoher. Noland Arbaugh, který ochrnul před osmi lety po úraze při potápění, podstoupil operaci, při níž mu byl instalován implantát N1. Čip o velikosti mince má 64 vnějších vláken, z nichž každé je tenčí než lidský vlas, které jsou vloženy do motorické kůry mozku, aby přenášely nervové signály. Po operaci mohl Arbaugh ovládat počítačový kurzor pouze prostřednictvím svých myšlenek, což mu umožnilo komunikovat s přáteli, hrát hry a komunikovat s digitálním světem způsobem, který po nehodě považoval za nemožné.
Zhruba měsíc po implantaci však zařízení začalo selhávat, protože se většina jeho ultratenkých závitů uvolnila. Po poruše Neuralink zjistila, že v Arbaughově mozku zůstalo na svém místě jen asi 15 % závitů. Prostřednictvím softwarových úprav však společnost nakonec mnoho funkcí zařízení zvládla obnovit, což Arbaughovi umožnilo si získané fyzické schopnosti zachovat.
Navzdory problémům tak zůstává Arbaugh ohledně potenciálu technologie Neuralink optimistický. „Bude úžasné, když si někdo poraní míchu, podstoupí operaci a o pár dní později z nemocnice odejde. Myslím, že se to stane,“ řekl v televizním pořadu Good Morning, America. Společnost Neuralink nadále pečlivě sleduje svého prvního pacienta a shromážděná data využívá ke zlepšení budoucích použití implantátu. Mezi kritickými poznatky získanými z počátečního pokusu na lidech Neuralink uvedla, že zjistila, že mozek se může pohybovat až 3× více, než se očekávalo. To vedlo k rozhodnutí vložit vlákna hlouběji do mozkové motorické kůry — z počátečních 3—5 mm na 8 mm. Musk později oznámil, že Neuralink bude také pracovat na „Blindsight“ produktu, který by prý mohl léčit slepotu paprskem „přímého vidění do mozku“.Neuralink dosáhla dalšího milníku, když jí americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) povolil implantaci mozkového čipu druhé osobě. Wall Street Journal o tom informoval 20. května.Neuralink se tak aktuálně snaží intenzivně otestovat svůj mozkový čip už na dvou pacientech a letos chce implantovat dalších 10 čipů. O účast v programu se ucházelo více než 1 000 kvadruplegiků, i když požadavky lékařů splňuje jen méně než 100 z nich.
| PRIME bude řídit pohyb |
 Cílem klinické studie PRIME (Precise Robotically Implanted Brain-Computer Interface) společnosti Neuralink je umístit „malý kosmeticky neviditelný implantát do části mozku, která řídí pohyb“. Proces zahrnuje použití robota k chirurgickému zavedení drátů implantátu do části mozku související s pohybem. Zařízení je navrženo tak, aby interpretovalo neurální aktivitu člověka, takže může ovládat počítač nebo smartphone pouhým úmyslem se pohybovat — nejsou potřeba žádné dráty ani fyzický pohyb. Implantační postup využívá speciální mikroskopické jehly vyrobené na zakázku. Jejich hrot je široký pouze 10 až 12 mikronů — jen o málo větší než průměr červených krvinek. Implantát obsahuje 1 024 elektrod rozmístěných v 64 vláknech. Je napájen malou baterií nabíjenou bezdrátově zvenčí prostřednictvím kompaktní indukční nabíječky, která umožňuje snadné použití odkudkoli. |
Nejde o sci-fi
V mediální prostoru se může zdát, jako by jedna společnost vše ovládla. Opak je pravdou. Oznámení Neuralink o prvním pokusu na lidech sice vyvolalo velký rozruch, ale nikoliv kvůli tomu, čeho byl muž schopen — vědci demonstrovali použití mozkového implantátu k pohybu kurzoru už v roce 2006 —, ale protože technologie je tak pokročilá.
Zařízení je nenápadné a bezdrátové a obsahuje elektrody tak tenké a křehké, že je musí do mozku zašít specializovaný robot. Pozornost si zpráva získala také kvůli divokým slibům, které Elon Musk, zakladatel společnosti Neuralink, vyslovil. Není totiž žádným tajemstvím, že má zájem využít svůj čip k vylepšení mysli, tedy nejen k obnovení funkce ztracené v důsledku zranění nebo nemoci.
Neuralink ale není jedinou společností, která vyvíjí rozhraní mozek-počítač, s cílem pomoci lidem, kteří ztratili schopnost se pohybovat nebo mluvit. Většina firem působících v tomto oboru má stejný záměr: zachytit dostatek informací z mozku. Cílem je napomoci komunikaci lidem, kteří se nemohou snadno pohybovat nebo mluvit, a to buď tím, že jim pomohou navigovat počítačový kurzor, nebo tím, že jejich mozkovou aktivitu rovnou převedou do řeči nebo textu.
Čím hlouběji v mozku jsou elektrody umístěny, tím více se přiblíží mozkové aktivitě, kterou chtějí zaznamenat. To znamená, že zařízení může zachytit informace s vyšším rozlišením, což by například umožnilo dekódovat řeč. 
Také startupy Paradromics a Blackrock Neurotech vyvinuly čipy určené k průniku do kůry mozkové. To umožňuje dostat se blízko k neuronům a získat informace o tom, co každá mozková buňka dělá. Blízkost neuronů a větší počet elektrod, které mohou „naslouchat“ jejich aktivitě, zvyšuje rychlost přenosu dat, respektive „šířku pásma“. A čím větší šířka pásma je, tím je i pravděpodobnější, že zařízení bude schopno převést mozkovou aktivitu do řeči či textu.
Z pohledu obrovského množství lidských zkušeností je daleko napřed Blackrock Neurotech z Utahu. Její zařízení bylo od roku 2004 implantováno desítkám lidí. Šířka pásma jejího řešení je však pravděpodobně nižší než u zařízení Neuralink.
Naproti tomu firma Paradromics má rozhraní s nejvyšší šířkou pásma, ale implementováno u lidí ještě nebylo. Elektrody jsou umístěny na čipu o velikosti baterie hodinek, nicméně zařízení vyžaduje ještě samostatný bezdrátový vysílač, který je určen k implantování do hrudníku a je třeba jej s mozkovým implantátem propojit.
Všechna jmenovaná zařízení s velkou šířkou pásma však mají nevýhodu. Vyžadují otevřenou operaci mozku a „mozek opravdu nemá rád, když do něj vkládají jehly“, řekl v roce 2022 Tom Oxleyn, zakladatel společnosti Synchron, na konferenci TED talks. Jeho firma vyvinula elektrodové pole namontované na stentu (stent-electrode record array), což je obdoba toho, co lékaři používají k podpoře otevřených ucpaných tepen. „Stentrode“ se trvale implantuje do krevní cévy v mozku. Tato jedinečná metoda nevyžaduje otevřenou operaci mozku. Umístění zařízení nad mozkem spíše než v něm však omezuje množství dat, která může zachytit. Pro generování kliknutí „myší“ to ale stačí.
Firma Synchron se sídlem v New Yorku, podporovaná finančními prostředky Billa Gatese a Jeffa Bezose, již implantovala během počátečních studií čip šesti pacientům v USA a čtyřem v Austrálii. Synchron nyní získal menšinový majetkový podíl v německém výrobci Acquandas, který má jedinečnou schopnost vrstvit kovy tvořící jednu složku mozkového implantátu.
Nová firma Precision Neuroscience, založená bývalým manažerem Neuralink, vyvinula flexibilní elektrodové pole tenčí než lidský vlas, které připomíná kousek lepicí pásky. Společnost zahájila své první pokusy na lidech v loňském roce. V těchto počátečních studiích bylo pole dočasně implantováno lidem, kteří podstoupili operaci mozku z jiných důvodů.
Společnost Motif Neurotech vyvíjí rozhraní mozek-počítač, jež proniká pouze do lebky. Malé, bezbateriové zařízení, známé jako digitálně programovatelný over-brain Therapeutic (DOT), umístili nad motorickou kůru člověka, který měl podstoupit operaci mozku. Konečným cílem zařízení od Motif Neurotech ale není vytvářet pohyb. Vědci se zaměřili na úplně jinou aplikaci: zmírnění poruch nálady. Na každého člověka s poraněním míchy totiž připadá 10 lidí trpících velkou depresivní poruchou, kteří nereagují na léky. Studie ukazuje, že zařízení je dostatečně výkonné, aby stimulovalo mozek, což je první krok k dosažení cílů společnosti.
Když je současně aktivních mnoho neuronů, vytvářejí elektrický signál dostatečně silný na to, aby se okamžitě rozšířil přes vodivou tkáň mozku, lebky a pokožky hlavy. Elektrody EEG umístěné na hlavě mohou tyto elektrické signály zaznamenávat © wildpixel / iStock
Roboty s mozkem
Čína se pokouší dohnat technologické zpoždění za Spojenými státy. Techničtí titáni Alibaba Group Holding a Tencent Holdings už vytvořili týmy pro vývoj technologie BCI (brain computer interface). Vláda zřídila výbor, který bude pro používání technologie rozhraní mozek-počítač vyvíjet normy, protože Peking zvyšuje své zaměření na budoucí technologie v kontextu snahy o technologickou nadvládu nad Západem.
Výzkum a vývoj BCJ v Číně se už rozvíjí několik let. A tak letos v lednu tým z Capital Medical University a Tsinghua University oznámil, že dosáhl „průlomového pokroku“ s bezdrátovým BCI implantátem u svého prvního pacienta. Zákrok umožnil kvadruplegikovi obnovit pohyb a úchopové schopnosti pravé ruky.
Podle China Electronics Standardization Institute se očekává, že globální trh s rozhraními mozek-počítač dosáhne do roku 2027 3,7 miliardy USD. A Čína nechce zaostávat. Například se zaměřila na průmyslová odvětví s velkým rozvojovým potenciálem, včetně humanoidních technologií.
Více než 10 let trval vývoj umělé mozkové tkáně, známé jako mozkové organoidy, v laboratoři a potom její integrace do počítačových čipů. Jak uvádí americký server Popular Mechanics, nová čínská studie posunula tuto myšlenku o krok dále, a dokonce implantovala organoid do robota podobného humanoidům, což poskytlo překvapivý pohled do budoucnosti této technologie.
Ačkoli jsou roboty s mozkem stále ještě konceptem vzdálené budoucnosti, vědci věří, že organoidy by mohly pomoci lidem s neurologickými stavy „tady a teď“.
V roce 2013 vědci „vypěstovali“ úplně první minimozek ve zkumavce a další výzkum integroval tyto mozky s elektronikou. Koncem roku 2023 výzkumníci z Indiana University Bloomington propojili svou architekturu „Brainoware“ s nástrojem AI a nyní výzkumníci z Tianjin University v Číně hlásí, že také vytvořili robota s „organoidní inteligencí“ neboli OI. Robot s názvem MetaBOC je prý schopen vyhýbat se překážkám.
Přestože chodící, mluvící a syntetické mozky jsou ještě dalekou budoucností, mají podobně jako ostatní mozkově- elektronická rozhraní zlepšit životy lidí s neurologickými poruchami.