Imaginați-vă un nano-medicament experimental, care este capabil să conecteze conștiința unor oameni diferiți. Imaginați-vă cum un grup de neurologi și ingineri întreprinzători descoperă un nou mod de utilizare a acestui medicament - care rulează sistemul de operare chiar în interiorul creierului. Apoi, oamenii vor putea să comunice telepatic între ei, folosind o conversație mentală și chiar vor manipula corpurile altor oameni, supunându-se acțiunilor creierului lor. Și în ciuda faptului că aceasta este povestea cărții de science fiction a lui Ramez Naam "Nexus", viitorul tehnologiei descris de el nu pare atât de departe.
Cum să conectați creierul la tabletă și să ajutați pacienții paralizați să comunice
Paralizia poate apărea, de asemenea, din cauza deteriorării măduvei osoase, a accidentului vascular cerebral sau a bolilor neurodegenerative care blochează abilitatea de a vorbi, de a scrie și de a comunica, în general, în orice mod cu ceilalți.
Era de interfețe care se conectează creierul și mașina, a înflorit în urmă cu două decenii, în timpul creării de dispozitive de asistență care ar putea ajuta la astfel de pacienți. Rezultatul a fost fantastic: de urmărire a ochilor (ochi-de urmărire) și a urmări poziția sistemului capului utilizatorului (cap-de urmărire) vă permit să urmăriți mișcările ochilor și să le utilizeze ca o ieșire pentru a controla cursorul mouse-ului pe ecranul computerului. Uneori, utilizatorul putea chiar să facă clic pe link, fixându-și ochii pe un punct al ecranului. Aceasta se numește "timpul de întârziere".
Cu toate acestea, sistemele de urmărire a ochilor au fost grele pentru ochii utilizatorilor și prea scumpe. Apoi, a existat o tehnologie de proteză neuronale care elimina intermediarul sub forma unui organ senzorial și creierul comunică cu computerul direct. Pacientul implantat creier microcip si semnale neuronale asociate cu dorința sau intenția pot fi decriptate folosind algoritmi complecși în timp real și utilizate pentru a controla cursorul pe interfața calculatorului.
Acum doi ani, un pacient cu T6 a fost implantat în partea stângă a creierului, responsabil cu mișcarea, o instalație cu 100 de canale de electrozi. În paralel, laboratorul Stanford a lucrat la crearea unui prototip al protezei, permitand cuvinte de tastare paralizat pe o tastatură special concepute doar gândesc la aceste cuvinte. Dispozitivul funcționează după cum urmează: încorporat în electrozii creierului au inregistrat activitatea creierului a pacientului în momentul în care sa uitat la litera corectă pe ecran și transmis aceste informații pe neuroprosthesis, apoi se interpretează semnalele și le convertește într-un control continuu al cursorului și face clic pe ecran.
Cu toate acestea, acest proces a fost extrem de lent. Sa constatat că ieșirea va fi un dispozitiv care funcționează fără o conexiune fizică directă la computer prin intermediul electrozilor. Interfața însăși a trebuit să arate mai interesantă decât în anii '80. Echipa institutului clinic BrainGate, implicată în aceste studii, și-a dat seama că sistemul lor de "orientare și clic" a fost similar cu atingerea pe ecranul tactil. Și deoarece majoritatea dintre noi folosim comprimate sensibile la atingere în fiecare zi, piața lor este imensă. Este suficient doar să alegi și să cumperi oricare dintre ele.
Un pacient paralizat, T6, a fost capabil să "facă clic" pe ecranul comprimatelor Nexus 9. Neuroproteza a fost conectată la tabletă prin intermediul protocolului Bluetooth, adică ca un mouse fără fir.
Acum, echipa lucreaza la extinderea duratei de viata a implantului pe o durata de viata si dezvolta sisteme de alte manevre cu motor, cum ar fi "evidentierea si tragerea" si miscarile multi-senzoriale. În plus, BrainGate intenționează să își extindă programul la alte sisteme de operare.
Un cip de calculator din celulele creierului viu
Cu câțiva ani în urmă, cercetătorii din Germania și Japonia au reușit să simuleze 1 la sută din activitatea creierului uman într-o secundă. Acest lucru a devenit posibil numai datorită puterii de calcul a unuia dintre cele mai puternice supercomputere din lume.
Dar creierul uman este în continuare cel mai puternic, cu consum redus de energie și eficient. Dacă aș putea folosi puterea acestui computer pentru a alimenta mașinile generațiilor viitoare?
La fel de sălbatic cum s-ar părea, neurologul Osh Agabi a lansat proiectul Koniku doar pentru a realiza acest obiectiv. El a creat un prototip al unui cip de silicon 64 neuronale. Prima aplicație a acestei dezvoltări a fost drona, care poate "miroși" mirosul de explozivi.
Una dintre cele mai sensibile abilități olfactive este albinele. De fapt, chiar se mișcă în spațiu prin miros. Agabi a creat un dron, care nu este inferior abilității de a recunoaște și interpreta mirosurile. Poate fi folosit nu numai pentru scopuri militare și detectarea bombelor, dar și pentru studiul terenurilor agricole, a rafinăriilor de petrol - toate locurile în care nivelul de sănătate și siguranță poate fi măsurat prin miros.
În procesul de dezvoltare, Agabi și echipa sa au rezolvat trei probleme principale: structurarea neuronilor așa cum sunt structurate în creier, citirea și scrierea informațiilor în fiecare neuron individual și crearea unui mediu stabil.
diferențierea indusă Tehnologia celulelor pluripotente - o metoda care celule mature, cum ar fi pielea, construit genetic in celula stem originala, aceasta permite orice celula pentru a deveni un neuron. Dar, ca orice componente electronice, neuronii vii au nevoie de un habitat special.
Prin urmare, neuronii au fost plasați în cochilii cu un mediu controlat, pentru a regla temperatura și nivelurile de hidrogen din interior și, de asemenea, pentru a le furniza energie. În plus, o astfel de coajă vă permite să controlați interacțiunea neuronilor unul cu celălalt.
Electrozii sub coajă vă permit să citiți sau să scrieți informații neuronilor. Agabi descrie acest proces după cum urmează:
"Aplicăm electrozii într-o carcasă de ADN și proteine îmbogățite, care stimulează neuronii să formeze o legătură artificială strânsă cu acești conductori. Deci, putem citi informații de la neuroni sau, invers, trimitem neuronilor informații în același mod sau prin procese chimice ușoare sau chimice ".
Agabi consideră că viitorul tehnologiei constă în descoperirea posibilităților așa-numitei wetware - creierul uman în corelație cu procesul mașinii.
"Nu există limite practice pentru cât de mari vom face viitoarele noastre dispozitive sau cât de diferit putem modela creierul. Biologia este singura graniță. "
Planurile suplimentare pentru Konica includ dezvoltarea de chips-uri:
- cu 500 de neuroni, care vor conduce mașina fără șofer;
- cu 10 000 de neuroni - va fi capabil să proceseze și să recunoască imaginile așa cum face ochiul uman;
- cu 100 000 de neuroni - va crea un robot cu o intrare multi-touch care va fi practic indistinguizabil de la o persoană prin proprietăți perceptuale;
- cu un milion de neuroni - ne va da un calculator care se va gândi singur.
Cip de memorie încorporat în creier
În fiecare an, sute de milioane de oameni se confruntă cu dificultăți din cauza pierderii de memorie. Motivele pentru aceasta sunt diferite: leziuni ale creierului care urmăresc veterani și jucători de fotbal, accident vascular cerebral sau boala Alzheimer, care se manifestă în vârstă, sau pur si simplu de imbatranire a creierului, care ne așteaptă. Dr. Theodore Berger, un inginer biomedicale de la Universitatea din California de Sud, finanțat de Agenția pentru Apărare Cercetare avansată Departamentul US DARPA Apararii, teste implant de memorie extensibilă care imită procesarea semnalului la momentul în care neuronii refuză să lucreze cu noi amintiri pe termen lung.
Pentru a face ca dispozitivul să funcționeze, oamenii de știință trebuie să înțeleagă cum funcționează memoria. Hipocampul este o regiune a creierului care este responsabilă pentru transformarea amintirilor pe termen scurt în amintiri pe termen lung. Cum o face el? Și este posibil să-și prefacă activitatea în cadrul unui cip de computer?
„În esență, memoria - o serie de impulsuri electrice care apar în timp și sunt generate de un anumit număr de neuroni“ - Berger explica, - „Acest lucru este foarte important, deoarece aceasta înseamnă că putem reduce acest proces într-o ecuație matematică și a pus în cadrul procesului de calcul. "
Astfel, neurobiologii au început să decodeze fluxul de informații din interiorul hipocampului. Cheia acestei decodificări a fost un semnal electric puternic care provine din zona organului numit CA3 - "intrarea" hipocampului - în CA1 - nodul "ieșire". Acest semnal este slăbit în cazul persoanelor cu tulburări de memorie.
"Dacă am putea să-l recreăm folosind un cip, ne-ar restabili sau chiar vom mări cantitatea de memorie", spune Berger.
Dar descoperirea acestui mod de descifrare este dificilă, deoarece neuronii lucrează neliniar. Și orice factor minor, implicat în procesul poate duce la o foarte diferit rezultatam.Tem Cu toate acestea, matematică și programare nu sunt încă în picioare, iar astăzi pot lucra împreună pentru a crea designul cel mai sofisticat computer cu o mulțime de necunoscute și o mulțime de „ieșiri“.
În primul rând, oamenii de știință au instruit șobolanii să apese una sau cealaltă pârghie pentru a obține un tratament. În procesul de memorare de către șobolani și transformarea acestei memorii într-o memorie pe termen lung, cercetătorii au înregistrat cu atenție și înregistra toate transformările neuronilor, iar apoi a fost creat un cip de calculator folosind acest model matematic. Apoi, au injectat șobolanii cu o substanță care destabilizează temporar capacitatea lor de a-și aminti și a injectat cipul în creier. Dispozitivul a lucrat la organul de ieșire CA1 și, brusc, oamenii de știință au descoperit că amintirea șobolanilor cu privire la modul de a obține delicatese a fost restabilită.
Următoarele teste au fost efectuate pe maimuțe. De data aceasta, oamenii de știință s-au concentrat asupra cortexului prefrontal, care primește și modulează amintirile obținute de la hipocamp. Animalele au prezentat o serie de imagini, dintre care unele au fost repetate. Fixarea activității neuronilor la momentul recunoașterii aceleiași imagini, a unui model matematic și a unui microcircuit, au fost create pe baza acesteia. După aceasta, activitatea cortexului prefrontal al maimuțelor a fost suprimată cu cocaină și oamenii de știință au reușit să readucă memoria din nou.
Atunci când experimentele au fost efectuate în public, Berger a selectat 12 voluntari, pacienți epileptici, cu electrozii deja implantați în creier pentru a detecta sursa crizelor lor. Crampele repetate distrug părțile cheie ale hipocampului, care sunt necesare pentru formarea amintirilor pe termen lung. Dacă, de exemplu, pentru a studia activitatea creierului în momentul convulsiilor, va fi posibilă restaurarea memoriei.
În mod similar, ca în experimentele anterioare, a fost fixat un "cod de memorie" uman special, care poate prezice modelul de activitate în celulele CA1, pe baza datelor stocate sau care apar în CA3. În comparație cu activitatea reală a creierului, un astfel de cip funcționează cu o precizie de aproximativ 80%.
Este prea devreme să vorbim despre rezultate concrete după experimente pe oameni. Spre deosebire de cortexul motor al creierului, unde fiecare departament este responsabil pentru un anumit organ, hipocampul este organizat haotic. De asemenea, este prea devreme pentru a spune dacă un astfel de implant poate restabili memoria celor care suferă de deteriorarea părții "ieșite" a hipocampului.
Problema algoritmului algoritmului pentru un astfel de cip rămâne o problemă, deoarece prototipul experimental a fost creat pe datele individuale ale pacienților specifici. Ce se întâmplă dacă codul de memorie este diferit pentru toată lumea, în funcție de tipul de date primite pe care le primește? Berger reamintește că, de asemenea, creierul este limitat de biofizică:
"Există doar atâtea moduri în care semnalele electrice din hipocampus pot fi procesate, care, în ciuda multor, sunt totuși limitate și finite", spune omul de știință.
Împărtășește-l cu prietenii tăi!
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: