Razgovarala: Ivana Nikolić
Andrej Savić je elektroinženjer i naučni savetnik na Elektrotehničkom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Diplomirao je na istom fakultetu, na smeru za biomedicinsko inženjerstvo. Još kao student osnovnih studija, Andrej je započeo istraživački rad kroz učešće na naučnim projektima, kako kaže, „zahvaljujući podsticaju i podršci svojih profesora“. To ga je podstaklo da kasnije upiše doktorske studije u oblasti neuroinženjeringa, koji je i danas glavni fokus njegovog naučnog interesovanja. Andrej je naročito aktivan u istraživanju i razvoju inovativnih mozak–računar interfejs (BCI) sistema, i dosad se bavio sistemima za motoričku i senzornu rehabilitaciju nakon moždanog udara. Radio je i na razvoju asistivnih BCI tehnologija za podršku osobama sa amiotrofičnom lateralnom sklerozom, bio je uključen u istraživanja u oblasti migrene, a bavio se i kognitivnom psihologijom i neuroergonomijom, posebno u kontekstu merenja pažnje, kognitivnog opterećenja i optimizacije interakcije čovek–mašina.
U intervjuu za Centar za promociju nauke, Andrej Savić govori o naučnoistraživačkom radu u oblasti neuronauka i neurotehnologija i njegovoj primeni, inovacijama u ovim oblastima u zemlji i inostranstvu, kao i o važnim projektima na kojima je učestvovao.
Andrej, vi se od 2009. godine aktivno bavite naučnoistraživačkim radom u oblastima neuronauka i neurotehnologija, posebno sistemima za mozak–mašina interfejs primenjenim u domenima neurorehabilitacije/neuromodulacije. Da li možete da nam kažete nešto više o svom radu na ovim poljima, pogotovo o njegovoj praktičnoj primeni?
Neuroinženjering je multidisciplinarna oblast koja spaja inženjerstvo, neuronauke i medicinu, a moj fokus je na razvoju sistema koji mere moždanu aktivnost i koriste te informacije za upravljanje uređajima ili u svrhu neurorehabilitacije. Moj doprinos ovoj oblasti je, pre svega, inženjerski, u razvoju naprednih algoritama za obradu moždanih signala i njihovo dekodiranje pomoću veštačke inteligencije. Ti algoritmi omogućavaju prepoznavanje informacija koje su „sakrivene“ unutar kompleksnih obrazaca električne aktivnosti mozga, kao što su nečija namera da pokrene ruku ili da obrati pažnju na određeni stimulus. Ove moždane signale možemo meriti neinvazivnim postavljanjem elektroda na površinu glave, što je već standardna klinička tehnika elektroencefalografije – EEG. Tako nastaje direktan interfejs između mozga i računara (engl. Brain–Computer Interface – BCI), koji omogućava korisniku da upravlja uređajima isključivo mentalnim fokusom, bez angažovanja mišića. Praktična primena ove tehnologije posebno dolazi do izražaja kod pacijenata sa oštećenjem motoričkih funkcija, poput osoba koje su pretrpele povrede kičmene moždine, moždani udar, ili boluju od neurodegenerativnih oboljenja kao što su amiotrofična lateralna skleroza (ALS), multipla skleroza ili Parkinsonova bolest.
Pacijenti koji boluju od ALS-a predstavljaju posebno osetljivu i važnu populaciju za koju su ovakvi sistemi od izuzetnog značaja. Ova bolest dovodi do progresivnog gubitka svih motornih funkcija, dok kognitivne sposobnosti ostaju očuvane, što dovodi do stanja u kojem su osobe praktično „zaključane“ u svom telu. U takvim slučajevima, BCI sistemi mogu predstavljati jedini vid komunikacije i interakcije sa okolinom. Pored toga, ove metode nalaze širu primenu u oblasti proučavanja moždanih funkcija i kognitivnih procesa, uključujući procenu mentalnog zamora, kognitivnog opterećenja i druge aspekte psihološke evaluacije.
Za razvoj i testiranje ovako složenih uređaja nije dovoljna samo dobra ideja ili ekspertiza iz jedne oblasti, neophodna je bliska saradnja stručnjaka iz različitih disciplina. Projekte sam realizovao u partnerstvu sa istraživačima iz Danske, Nemačke, Finske, Španije, Velike Britanije, i posebno mi je važno što su na taj način Univerzitet u Beogradu i ETF postavljeni na svetsku mapu institucija koje aktivno doprinose razvoju mozak–računar interfejs tehnologija i savremenog neuroinženjeringa.
Kada govorimo o neurotehnologijama, moramo da pomenemo i kompaniju Neuralink Ilona Maska, koja je početkom 2024. saopštila da je ugradila bežični moždani čip kod nekoliko pacijenata dobrovoljaca. Šta sve omogućava ovaj čip, da li je opasan po čoveka, i gde nas – kao čovečanstvo – može dovesti?
Neuralink čip meri električnu aktivnost mozga direktno iz moždanog tkiva pomoću ultratankih niti koje se ugrađuju u motorne zone kore velikog mozga. Te informacije se zatim bežično prenose do spoljašnjeg računara i mogu se koristiti za upravljanje uređajima, na primer, za pomeranje kursora na ekranu, mentalnu kontrolu video-igara i drugih softverskih alata, pisanje poruka uz pomoć veštački generisanog govora ili za upravljanje robotskim rukama. Ovakav uređaj može imati ogroman značaj za osobe sa najtežim oblicima paralize, jer im vraća mogućnost interakcije sa svetom.
Rizici, naravno, postoje, jer se radi o invazivnoj proceduri. Svaka hirurška intervencija nosi rizik od infekcija, otoka, upala i potencijalnog oštećenja tkiva. Elektrode se takođe mogu prekinuti ili migrirati tokom vremena, a iako se koriste biokompatibilni materijali, mozak može formirati ožiljno tkivo oko elektroda, što dugoročno utiče na kvalitet signala. Dodatno, sistem može pogrešno interpretirati moždane signale, što može dovesti do neželjenih radnji, poput nenamernog pokretanja robotske ruke. Međutim, za pacijente kojima nijedan drugi oblik pomoći nije dostupan, odnos rizika i koristi može biti prihvatljiv. Tehnologija sama po sebi nije „opasna“, ali njen razvoj mora pratiti jasan etički i regulatorni okvir.
Postoji i teorijska zabrinutost da bi se u budućnosti moglo manipulisati sistemima koji su direktno povezani sa mozgom, iako je to za sada u domenu naučne fantastike. Takođe, važno je naglasiti da čitanje misli, kakvo često viđamo u fikciji, nije moguće; čip ne zna šta osoba misli, već samo prepoznaje, na primer, da je osoba želela da pokrene desnu ruku.
BCI tehnologije nude ogroman potencijal za pomoć osobama sa teškim neurološkim oštećenjima, ali istovremeno nose kompleksne medicinske, tehničke, etičke i društvene izazove. Upravo zbog potrebe za odgovornim pristupom, imao sam čast da budem pozvan kao član panela eksperata u okviru međunarodnog Centra za neurotehnologije i pravo, koji okuplja stručnjake iz oblasti neuronauka, tehnologije, prava i etike, sa ciljem da se aktivno oblikuju regulative i etički okviri za razvoj neurotehnologija na globalnom nivou. Ovo, pak, nije prvi put da je neki implantat ubačen u ljudski nervni sistem.
Jedan od najpoznatijih primera je eksperiment iz 1998. godine, kada je profesor Kevin Vorvik sa Univerziteta u Redingu ugradio mali elektronski implantat u nerv svoje ruke. Koliko je nauka napredovala za ovih 27 godina – šta je to što je profesor Vorvik mogao da uradi 1998, a šta možemo da očekujemo od Maskovih čipova 2025. i u godinama koje dolaze?
Profesor Vorvik je jedan od pionira eksperimentalne primene implantata kod ljudi, ali su tadašnji sistemi bili ograničeni manjim brojem elektroda, kablovskom povezanošću i osnovnim funkcionalnostima.
Važno je naglasiti da razvoj implantabilnih neurotehnologija počinje mnogo pre kompanije Neuralink. Ova oblast ima iza sebe više od 25 godina postepenog razvoja, zasnovanog na temeljnom radu brojnih istraživačkih timova i univerzitetskih laboratorija. Još tokom devedesetih i ranih dvehiljaditih, pionirski eksperimenti na životinjama, a zatim i na ljudima, omogućili su snimanje i interpretaciju moždane aktivnosti u realnom vremenu. BrainGate sistem je jedan od najpoznatijih primera, uspešno je testiran od 2002. kod pacijenata sa paralizom, omogućivši im upravljanje računarima i robotskim rukama još pre dve decenije. Synchron je još jedna značajna kompanija u ovom polju, poznata po tome što razvija minimalno invazivne implantate koji se plasiraju kroz krvne sudove poput stenta i na taj način mere moždanu aktivnost. Njihova tehnologija je već testirana na ljudima i odobrila ju je američka Uprava za hranu i lekove (FDA) za klinička ispitivanja.
Danas, zahvaljujući napretku u mikroelektronici, biokompatibilnim materijalima i metodama veštačke inteligencije, savremeni sistemi uključuju hiljade elektroda, omogućavaju bežični prenos podataka i obradu signala u realnom vremenu. Neuralink u tom kontekstu ne donosi novu ideju, već razvija sopstvenu visokointegrisanu tehničku platformu, koja predstavlja značajan inženjerski iskorak, posebno u smislu preciznosti implantacije, minijaturizacije i potencijalne šire primene. Ono što pre 25 godina nije bilo moguće van laboratorije, danas postaje potencijalno dostupno u svakodnevnom životu osoba sa neurološkim oštećenjima. U domenu motoričkih proteza očekuje se da korisnici, umesto upravljanja mišićima ili spoljnim senzorima, mogu direktno pokretati računarske softvere i robotske sisteme isključivo pomoću moždanih signala.
Vi ste pre nekoliko godina rukovodili projektom HYBIS, koji je za cilj imao razvoj inovativnog prototipa uređaja za rehabilitaciju funkcija ruku nakon moždanog udara. Možete li da nam približite sam projekat i njegove rezultate?
Projekat HYBIS je uspešno prošao evaluaciju na prvom javnom pozivu Fonda za nauku Republike Srbije, namenjenom izuzetnim idejama mladih doktora nauka. Izabran za finansiranje u visoko kompetitivnom procesu, sa ukupnom prolaznošću od oko 10%. Cilj HYBIS-a bio je razvoj potpuno nove klase terapijskih uređaja za neurorehabilitaciju, usmerenih na oporavak senzorne funkcije ruku, pre svega osećaja dodira, što je aspekt koji je često zanemaren u standardnim terapijama, a ključan je za kvalitet pokreta i ukupnu funkcionalnost ruke. U okviru projekta razvijen je prototip tzv. taktilnog BCI sistema, koji koristi moždane signale da u realnom vremenu prepozna na koji je podražaj pacijent fokusirao pažnju dok prima elektrotaktilne stimuluse na podlaktici. Drugim rečima, dok osoba prima blage električne impulse na različitim mestima na ruci, sistem meri moždanu aktivnost putem EEG-a i pokušava da otkrije da li je pažnja usmerena na određeni podražaj. Na taj način sistem ne samo da stimuliše senzornu obradu, već i objektivno kvantifikuje angažman pacijenta tokom terapije. U eksperimentima sa pacijentima koji su pretrpeli moždani udar postignuta je tačnost detekcije pažnje između 70% i 100%, koristeći samo jednu EEG poziciju elektrode, što je izuzetno obećavajuće za kliničku primenu.
Zahvaljujući ovom pristupu, HYBIS predstavlja novu generaciju rehabilitacionih sistema koji ne funkcionišu „naslepo“, već se adaptiraju u realnom vremenu individualnim potrebama korisnika, njegovoj pažnji, angažovanju i neurološkom odgovoru. Ukratko, razvijen je sistem koji ne samo da stimuliše mozak, već ga i „osluškuje“, čime rehabilitacija postaje personalizovanija i, što je najvažnije, potencijalno efikasnija. Ovo je prvi poznati sistem koji uvodi tzv. top-down pristup u senzornu rehabilitaciju, u kojem se terapijski tok personalizuje na osnovu moždane aktivnosti pacijenta.
Paralelno s tim, razvijeni su savremeni algoritmi zasnovani na veštačkoj inteligenciji, kao i nove elektrostimulacione metode koje omogućavaju kompaktnu i robustnu primenu u stvarnim uslovima, uz visoku preciznost detekcije i mogućnost skraćivanja trajanja terapije. Ovakav pristup ne samo da unapređuje efikasnost oporavka, već i otvara vrata novoj generaciji BCI sistema u medicini, onima koji uzimaju u obzir pažnju, motivaciju i aktivno učešće samog pacijenta u terapiji.
Projekat je realizovan kroz blisku saradnju inženjera i kliničara, a u njemu je učestvovalo pet istraživača iz tri naučnoistraživačke institucije: Elektrotehničkog fakulteta Univerziteta u Beogradu, Inovacionog centra ETF-a i Medicinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu. Testiranja sistema sprovedena su u Klinici za rehabilitaciju „Dr Miroslav Zotović“, čime je obezbeđena povezanost između tehničkog razvoja i stvarnih potreba pacijenata. Iz projekta HYBIS proistekla su četiri naučna rada objavljena u prestižnim međunarodnim časopisima, a rezultati su predstavljeni na brojnim naučnim skupovima od univerziteta u Njujorku do Hongkonga, preko zemalja Evropske unije. Ipak, možda najveće međunarodno priznanje došlo je 2024. godine, kada je HYBIS izabran među 12 finalista za godišnju nagradu BCI Award, u konkurenciji od preko 80 projekata iz celog sveta, koja se smatra najznačajnijim globalnim priznanjem u oblasti mozak–računar interfejsa.
Projekat je doneo i jedan novi pristup neurorehabilitaciji. Gde je on danas, nekoliko godina nakon završetka projekta? Da li se ovaj uređaj koristi u Srbiji ili inostranstvu?
HYBIS je kao istraživački projekat dao vrlo ohrabrujuće rezultate, ali je, kao i mnoge druge naučne inovacije, sada na prekretnici, između laboratorijskog prototipa i komercijalno primenjivog uređaja. Sledeći koraci uključuju dodatna klinička ispitivanja sa većim brojem pacijenata i razvoj verzije uređaja koja bi bila jednostavna za upotrebu u kliničkoj ili kućnoj praksi.
Iako se uređaj još ne koristi kao deo standardne terapijske prakse, metodologija i tehnička rešenja razvijena u okviru HYBIS-a su detaljno dokumentovani u naučnim radovima i dostupni istraživačima i razvojnim timovima za dalja unapređenja i primenu. Osim toga, pojedini principi i softverski alati iz HYBIS-a već se koriste i u drugim istraživačkim i razvojnim projektima, kako u Srbiji tako i u inostranstvu.
Rezultati, principi i pristupi uspostavljeni tokom projekta HYBIS već inspirišu nove pravce primene, uključujući razvoj asistivnih tehnologija i komunikacionih sistema za osobe sa ALS-om, primenu u oblasti dijagnostike i razumevanja migrene, i druge domene gde su kognitivna i senzorna obrada relevantne, kao što je neuroergonomija. Sledeći izazov je da kroz saradnju istraživača, lekara i industrije ova tehnologija izađe iz okvira prototipa i postane dostupna tamo gde je najpotrebnija, u životima pacijenata.
Autorka je diplomirala novinarstvo. Kao stipendista Erazmus Mundus programa deo studija provela je na Univerzitetu Groningen u Holandiji. Novinarstvom se profesionalno bavi od 2014. godine.