DARPA, ramię badawcze Departamentu Obrony, płaci naukowcom za wynalezienie sposobów natychmiastowego czytania w myślach żołnierzy za pomocą narzędzi takich jak inżynieria genetyczna ludzkiego mózgu, nanotechnologia i wiązki podczerwieni. Cel końcowy? Broń kontrolowana za pomocą myśli, jak roje dronów, które ktoś wysyła w przestworza jedną myślą lub umiejętnością przesyłania obrazów z jednego mózgu do drugiego.
W tym tygodniu DARPA (Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony) ogłosiła, że sześć zespołów otrzyma fundusze w ramach programu neurochirurgii nowej generacji (N3). Uczestnicy mają za zadanie opracować technologię, która zapewni dwukierunkowy kanał szybkiej i bezproblemowej komunikacji między ludzkim mózgiem a maszynami bez konieczności operacji.
„Wyobraź sobie kogoś, kto operuje dronem lub kogoś, kto analizuje wiele danych” - powiedział Jacob Robinson, profesor bioinżynierii na Rice University, który prowadzi jeden z zespołów.
„Jest to opóźnienie, w którym jeśli chcę komunikować się z moją maszyną, muszę wysłać sygnał z mózgu, aby poruszyć palcami lub ustami, aby wydać polecenie słowne, a to ogranicza szybkość, z którą mogę wchodzić w interakcje z cyber-system lub system fizyczny. Pomyślę więc, czy moglibyśmy poprawić tę szybkość interakcji ”.
Może to mieć kluczowe znaczenie, ponieważ inteligentne maszyny i fala danych grożą przytłoczeniem ludzi, a ostatecznie mogą znaleźć zastosowanie zarówno w domach wojskowych, jak i cywilnych, powiedział Robinson.
Zaawansowana kontrola umysłu
Choć nastąpiła przełom w naszej zdolności do czytania, a nawet zapisywania informacji w mózgu, postępy te zasadniczo polegały na implantach mózgowych u pacjentów, umożliwiając lekarzom monitorowanie stanów takich jak padaczka.
Jednak operacja mózgu jest zbyt ryzykowna, aby uzasadnić takie interfejsy u osób pełnosprawnych; obecne metody zewnętrznego monitorowania mózgu, takie jak elektroencefalografia (EEG) - w których elektrody są przymocowane bezpośrednio do skóry głowy - są zbyt niedokładne. Jako taki, DARPA próbuje pobudzić przełom w nieinwazyjnych lub minimalnie inwazyjnych interfejsach mózg-komputer (BCI).
Agencja jest zainteresowana systemami, które potrafią czytać i zapisywać w 16 niezależnych lokalizacjach w kawałku mózgu wielkości grochu z opóźnieniem nie większym niż 50 milisekund w ciągu czterech lat, powiedział Robinson, który nie ma złudzeń co do skali wyzwanie.
„Kiedy próbujesz uchwycić aktywność mózgu przez czaszkę, trudno jest ustalić, skąd pochodzą sygnały oraz kiedy i gdzie generowane są sygnały”, powiedział Live Science. „Zatem dużym wyzwaniem jest to, czy możemy przekroczyć absolutne granice naszej rozdzielczości, zarówno w przestrzeni, jak i czasie?”
Ulepszanie genetyczne ludzkiego mózgu
Aby to zrobić, zespół Robinsona planuje użyć zmodyfikowanych wirusów w celu dostarczenia materiału genetycznego do komórek - zwanych wektorami wirusowymi - w celu wstawienia DNA do określonych neuronów, które sprawią, że będą wytwarzać dwa rodzaje białek.
Pierwszy rodzaj białka pochłania światło, gdy neuron strzela, co umożliwia wykrycie aktywności neuronalnej. Zewnętrzny zestaw słuchawkowy wysyłałby wiązkę światła podczerwonego, która może przechodzić przez czaszkę do mózgu. Detektory podłączone do zestawu słuchawkowego będą następnie mierzyć niewielki sygnał, który odbija się od tkanki mózgowej, aby stworzyć obraz mózgu. Ze względu na białko, obszary docelowe będą ciemniejsze (pochłaniające światło), gdy neurony strzelają, generując odczyt aktywności mózgu, który można wykorzystać do ustalenia, co dana osoba widzi, słyszy lub próbuje zrobić.
Drugie białko wiąże się z nanocząstkami magnetycznymi, dzięki czemu neurony można stymulować magnetycznie do strzału, gdy zestaw słuchawkowy generuje pole magnetyczne. Można to wykorzystać do stymulacji neuronów, aby wywołać obraz lub dźwięk w umyśle pacjenta. Jako dowód koncepcji grupa planuje wykorzystać system do przesyłania obrazów z „kory wzrokowej jednej osoby do drugiej.
„Zdolność do dekodowania lub kodowania doznań zmysłowych jest czymś, co rozumiemy stosunkowo dobrze” - powiedział Robinson. „Wydaje mi się, że jeśli chodzi o najnowszą naukę, jesteśmy na miejscu, jeśli dysponujemy odpowiednią technologią”.
Rozmowa z dronami
Grupa z non-profit instytutu badawczego Battelle podejmuje ambitniejsze wyzwanie. Grupa chce pozwolić ludziom kontrolować wiele dronów za pomocą samych myśli, a informacje zwrotne na temat przyspieszenia i pozycji trafiają bezpośrednio do mózgu.
„Joysticki i kursory komputerowe są mniej więcej jednostronnymi urządzeniami” - powiedział starszy naukowiec Gaurav Sharma, który kieruje zespołem. „Ale teraz myślimy o jednej osobie kontrolującej wiele dronów; i jest dwukierunkowa, więc jeśli dron porusza się w lewo, dostajesz sygnał sensoryczny z powrotem do mózgu, informujący, że porusza się w lewo.”
Plan grupy opiera się na specjalnie zaprojektowanych nanocząstkach z rdzeniami magnetycznymi i piezoelektrycznymi powłokami zewnętrznymi, co oznacza, że powłoki mogą przetwarzać energię mechaniczną na energię elektryczną i odwrotnie. Cząsteczki będą wstrzykiwane lub podawane donosowo, a pola magnetyczne poprowadzą je do określonych neuronów.
Kiedy specjalnie zaprojektowany zestaw słuchawkowy przykłada pole magnetyczne do docelowych neuronów, rdzeń magnetyczny porusza się i wywiera nacisk na zewnętrzną powłokę, wytwarzając impuls elektryczny, który powoduje, że neuron strzela. Proces działa również w odwrotnym kierunku, przy czym impulsy elektryczne z neuronów strzelających są przekształcane w małe pola magnetyczne, które są wychwytywane przez detektory w zestawie słuchawkowym.
Przekształcenie tego procesu w kontrolowanie dronów nie będzie łatwe, przyznaje Sharma, ale rozkoszuje się wyzwaniem, jakie postawił DARPA. „Mózg jest ostatnią granicą nauk medycznych” - powiedział. „Tak mało go rozumiemy, co sprawia, że prowadzenie badań w tej dziedzinie jest bardzo ekscytujące”.
