Med snabba rörelser syr en robot in något som ser ut som en sytråd i försöksråttans hjärna. Det är emellertid inte någon sytråd utan en ultratunn, flexibel kabel med tusentals elektroder.
Med stor precision syr roboten varje minut in upp till 192 elektroder i den översta millimetern av råttans hjärna. Efter 45 minuter är handarbetet klart, varefter de 3 072 elektroderna kopplas till ett mikrochip som fästs i råttans huvud.
Nu kan forskarna bokstavligt talat läsa råttans tankar.
Bakom försöket står entreprenören Elon Musk, mest känd som skaparen av elbilen Tesla och rymdprogrammet SpaceX.
I två år har hans företag Neuralink arbetat med att utveckla ett hjärnchip som ska bota en rad olika neurologiska sjukdomar, till exempel posttraumatiskt stressyndrom (PTSD) och Parkinsons sjukdom – och på sikt styra maskiner med hjälp av tankekraft.
Neuralink tjugodubblar elektroder
Principen bakom det nya chippet är att de mikroskopiska elektroderna placeras vid var sin hjärncell för att registrera nervsignaler.
Denna information används för att ta reda på hur hjärncellerna kommunicerar med varandra. På så sätt kan man kartlägga hjärnans aktivitet in i minsta detalj.
Symaskinen syr in 96 kablar, var och en med 32 elektroder, i hjärnbarken.
Redan i det första experimentet har symaskinen mer än tjugodubblat antalet elektroder på en och samma plats jämfört med liknande försök.
Det innebär att ingreppet inte behöver bli lika stort eftersom det nödvändiga antalet elektroder kan sättas in på betydligt mindre plats.
Samtidigt öppnar den nya tekniken för att elektroder kan sys in i fler delar av hjärnan och att de olika mikrochippen kan kommunicera med varandra och samarbeta, vilket skulle kunna användas för att bota sjukdomar som uppstår i hjärnan.
Många neurologiska sjukdomar orsakas av förstörda kretslopp i hjärnan, men hjärnchippet kan även hjälpa personer som lider av PTSD.
Läkarna hoppas nämligen kunna stoppa stressreaktionen som uppstår när en hemkommen soldat mentalt kastas tillbaka till ögonblicket då en granat dödade hans kamrat mitt framför ögonen på honom.
Vanligtvis räcker det med ett sådant traumatiskt minne för att aktivera amygdala, hjärnans flyktcentrum, och framkalla samma intensiva rädsla.
Den nya tekniken kan på sikt upptäcka när ett traumatiskt minne väcks i hippocampus genom att inopererade elektroder registrerar när stressreaktionen utlöses.
Då sänder hjärnchippet elektriska impulser genom tunna kablar till amygdala, där impulserna lugnar hjärnans rädslocentrum innan stressreaktionen hinner uppstå. På så sätt förhindras anfallet.
Skakningar kan dämpas
Även med bara ett fåtal elektroder kan mikrochippet i vissa fall registrera så många nervsignaler att man får en bra bild av vad som händer i hjärnan.
Redan år 2012 visade ingenjören Roman Genov vid University of Toronto i Kanada att det räcker att placera 64 elektroder i en råttas hjärna för att man ska kunna upptäcka ett epileptiskt anfall.
Därefter kan mikrochippet snabbt reagera och stimulera den del av hjärnan där anfallet håller på att utvecklas och stoppa det.
Ingenjören lyckades hindra 80 procent av råttornas epileptiska anfall.
Elektroder minskar skakningar hos Parkinsondrabbade
Normalt sätter den del av hjärnan som kallas globus pallidus i gång kroppens rörelser och gör dem flytande. Hos dem som drabbas av Parkinsons sjukdom är funktionen i detta område nedsatt, vilket orsakar skakningar och okoordinerade rörelser. Här kan Neuralink vara till hjälp genom att skapa en koppling till hjärnans motoriska centrum. Kopplingen utgörs av ett litet chip som placeras bakom örat och som registrerar de nervsignaler i hjärnans motoriska centrum som ger upphov till skakningarna. Därefter stimulerar chippet globus pallidus att göra rörelserna mer "flytande".
Nervsignaler från skakande rörelser hos en patient med Parkinsons sjukdom registreras i det motoriska centret.
Informationen skickas till ett mikrochip bakom örat.
Chippet analyserar signalerna och stimulerar globus pallidus, som minskar skakningarna.
Nu arbetar forskare med att utveckla liknande system som kan användas för att hjälpa patienter med Parkinsons sjukdom.
Då detekterar elektroder skakningar i hjärnans motoriska centrum hos patienterna.
Sedan reagerar hjärnchippet genom att stimulera andra delar av hjärnan, som utjämnar rörelserna och på så sätt minskar skakningarna.
Systemets andra hälft, där delar av hjärnan stimuleras för att begränsa skakningar, använder läkarna redan framgångsrikt vid behandling av Parkinsons sjukdom.
Metoden, som kallas djup hjärnstimulering, har dock nackdelen att hjärnan stimuleras hela tiden – oavsett om patienten har skakningar eller inte – vilket leder till överbehandling.
Robotarm rör sig med tankekraft
Elektroder sys in i rörelsecentrum
Den särskilda symaskinen syr in upp till 96 trådar som är tio gånger tunnare än ett hårstrå i hjärnans motoriska centrum, där nervsignalerna ska avkodas. Varje tråd är ett knippe kablar med 32 elektroder som sys in med ett avstånd på 0,05 millimeter, vilket ger totalt 3 072 elektroder.
Elektroder registrerar hjärnans signaler
Hjärnans motoriska centrum avger nervsignaler så snart patienten börjar tänka på att röra armen, redan innan rörelsen utförs. Elektroderna i det motoriska centrumet registrerar samtliga nervsignaler som krävs för att röra armen.
Hjärnans signaler kodas om till instruktioner
De tunna kablarna leder till ett chip som har placerats under huden på kraniet. De elektroniska kretsarna kodar om nervsignalerna till elektriska impulser som vidarebefordras till en robotarm. När patienten tänker på att röra armen får hjärnchippet robotarmen att göra det.
Robotarmen rör sig.
De elektriska impulserna från hjärnchipen aktiverar robotarmen och får den att röra sig. I framtiden kan tekniken göra att patienter som är förlamade i armen kan styra en mekanisk arm.
Därför vill forskarna kunna detektera skakningarna i hjärnans motoriska centrum. För det krävs emellertid fler elektroder, så före Neuralinks nya, förfinade teknik har det inte varit möjligt.
Maskiner styrs med tankekraft
Hjärnchippet hjälper dock inte bara mot sjukdomar. Tekniken öppnar även för möjligheten att styra robotar med enbart tankekraft.
År 2018 visade robotingenjören Christian Peñaloza på Advanced Telecommunications Research Institute International i Japan att en försöksperson kunde styra en robotarm samtidigt som han använde sina egna armar.
I försöket använde forskarna en sorts badmössa med elektroder som registrerade hjärnvågor i kraniet. En sådan badmössa är betydligt mindre känslig än ett hjärnchip.
Därför ger Neuralinks teknik med över 3 000 elektroder, som var och en mäter olika nervsignaler, en mycket mer detaljerad bild av vad som sker i människans hjärna.