Hogyan kapcsolódjunk az emberi agyhoz és a számítógéphez, futurista - a jövő már itt van
Képzelj el egy kísérleti nano-kábítószert, amely képes összekapcsolni a különböző emberek tudatát. Képzelje el, hogy egy vállalkozó szellemű neuro-tudósok és mérnökök egy csoportja felfedezi a kábítószer új módját - az operációs rendszert közvetlenül az agyban. Ezután az emberek képesek telepatikusan kommunikálni egymással maguk között, egy szellemi csevegéssel, és még manipulálni más emberek testét, és alávetik magukat az agyuk cselekedeteinek. És annak ellenére, hogy ez a Ramez Naam "Nexus" sci-fi könyvének története, az általa leírt technológia jövője nem tűnik ilyen messzire.
Hogyan kapcsoljuk össze az agyat a tabletta és segítsük a megbénult betegeket kommunikálni
A paralízis a csontvelő, a stroke vagy a neurodegeneratív megbetegedések károsodásából is előfordulhat, amelyek gátolják a beszédet, írást, és általában bármilyen módon kommunikálnak másokkal.
Az agy és a gépet összekötő interfészek kora, amely két évtizeddel ezelőtt virágzott, segítséget nyújtó eszközök létrehozásában segítette az ilyen betegeket. Az eredmény fantasztikus volt: a szem nyomkövetése és a nyomkövető rendszer követése lehetővé tette a szemmozgások nyomon követését és kimeneti adatokként való felhasználását az egér kurzorának a számítógép képernyőjén való vezérléséhez. Néha a felhasználó még a linkre kattintva is rögzíthette a szemét a képernyő egyik pontjára. Ez a "késleltetési idő".
Mindazonáltal a szem-nyomkövető rendszerek nehézkesek voltak a felhasználó szemében és túl drágák. Aztán ott volt az idegi protetikának a technológiája, amikor a közvetítő szenzoros szerv formájában megszűnt és az agy közvetlenül kommunikál a számítógéppel. A mikrochip a páciens agyában van beültetve, és a vágyakozás vagy szándékkal társuló neurózisok valós idejű kifinomult algoritmusok segítségével megfejthetők, és a kurzort a számítógépes felületen vezérlik.
Két évvel ezelőtt egy T6-os beteget ültettek be az agy bal oldalába, amely felelős a mozgásért, egy 100 csatornás elektróda telepítéséig. Ezzel párhuzamosan a Stanford laboratóriumi dolgozott a prototípusának kialakítása a protézis, így megbénult gépelés szavak a különlegesen tervezett billentyűzet csak gondoltam ezeket a szavakat. Az eszköz a következőképpen működik: a beágyazott az agyban elektródák rögzített agyi aktivitását a beteg abban az időben, amikor megnézte a megfelelő betűt a képernyőn, és átadta ezt az információt neuroprotézist, majd értelmezi a jeleket, és átalakítja őket, hogy egy folyamatos ellenőrzése a kurzort, és rákattint a képernyőn.
Ez a folyamat azonban rendkívül lassú volt. Nyilvánvalóvá vált, hogy a kimenet olyan eszköz lesz, amely közvetlen fizikai kapcsolat nélkül működik a számítógéphez az elektródokon keresztül. A felület maga is érdekesebbnek tűnt, mint a 80-as években. A BrainGate klinikai intézet csapata, akik részt vettek ezeken a tanulmányokon, felismerték, hogy a "mutató és kattogó" rendszere hasonló az érintőképernyőre tapadáshoz. És mivel a legtöbbünk napi érintésérzékeny tablettákat használ, piacuk hatalmas. Elég csak választani és megvásárolni bármelyiket.
A bénult páciens, a T6, "kattintott" a Nexus 9 tabletta képernyőjén, a neuroproszthesis a Bluetooth protokollon keresztül, azaz vezeték nélküli egérként kapcsolódott a tablettához.
A csapat jelenleg dolgozik az implantátum élettartamának meghosszabbításával egész életen át, és más motoros manőverek rendszerét fejleszti, mint például a "kiemelés és húzás" és a többérzékeny mozgások. Ezen felül a BrainGate azt tervezi, hogy kiterjeszti programját más operációs rendszerekre.
A számítógépes chip az élő agysejtekből
Néhány évvel ezelőtt a német és japán kutatók egy másodperc alatt képesek az emberi agy aktivitásának 1 százalékát szimulálni. Ez csak a világ egyik legerősebb szuperszámítógépe számítási teljesítményének köszönhető.
De az emberi agy még mindig a legerősebb, alacsony energiaigényű és hatékony számítógép. Mi lenne, ha tudnám használni a számítógép erejét a jövő nemzedékei számára?
Ahogyan olyan vad, amilyennek hangzik, az ideggyógyász Osh Agabi elindította a Koniku projektet, hogy elérje ezt a célt. Egy 64-idegi szilikon chip prototípusát hozta létre. A fejlesztés első alkalmazása a drón volt, amely "szaga" a robbanóanyagok szaga.
Az egyik legérzékenyebb szagló képesség a méhek. Tény, hogy õk is térben mozognak szaggal. Agabi egy drótot hozott létre, amely nem rosszabb, mint a méhek azon képessége, hogy felismerjék és értelmezzék a szagokat. Nemcsak katonai célokra és bombák kimutatására, hanem mezőgazdasági területek, olajfinomítók tanulmányozására is használható - minden olyan helyen, ahol az egészség és a biztonság szintje szaga által mérhető.
A fejlesztési folyamatban Agabi és csapata három fő problémát megoldott: az idegsejtek szerkezetét, ahogy az agyban vannak, az egyes neuronokra vonatkozó információk olvasása és írása és stabil környezet megteremtése.
A pluripotens sejt indukált differenciálódásának technológiája olyan módszer, ahol az érett sejt, például a bőr, genetikailag beágyazódik az eredeti őssejtbe, lehetővé teszi, hogy bármely sejt neuronká alakuljon. De mint bármely elektronikus alkatrész, az élő neuronoknak különleges élőhelyre van szükségük.
Ezért a neuronokat ellenőrzött környezetben héjba helyeztük, hogy beállítsuk a hőmérsékletet és a hidrogén szintjét belülről, valamint tápláljuk őket. Ezenkívül egy ilyen héj lehetővé teszi a neuronok kölcsönhatását egymással.
A héj alatt lévő elektródák lehetővé teszik, hogy olvasson vagy írjon információt az idegsejtekre. Az Agabi a következőképpen írja le ezt a folyamatot:
"Az elektródákat DNS-héjba és dúsított fehérjékhez csatoljuk, ami stimulálja az idegsejteket, hogy mesterséges szoros kapcsolatot alakítsanak ki ezekkel a karmokkal. Így tudunk információt olvasni a neuronokról, vagy fordítva, ugyanolyan módon küldünk információt az idegsejteknek, vagy könnyű vagy kémiai folyamatokon keresztül. "
Agabi úgy véli, hogy a technológia jövője abban rejlik, hogy felkutatták az úgynevezett wetware - az emberi agynak a gépi folyamattal való összefüggéseit - lehetőségeit.
"Nincsenek gyakorlati korlátok arról, hogy milyen nagyszerűen fogjuk megteremteni jövőbeli eszközeinket, vagy más módon hogyan tudjuk modellelni az agyat. A biológia az egyetlen határ. "
A Konica további tervei közé tartoznak a zsetonok fejlesztése:
- 500 neuronnal, ami vezetés nélkül vezetni fogja az autót;
- 10 000 neuronnal - képeket tud felismerni és felismerni, mint az emberi szem;
- 100 000 neuronnal - létrehoz egy robotot, amely többérintéses bemenettel rendelkezik, amely érzékelhető tulajdonságoktól fogva gyakorlatilag megkülönböztethetetlen az embertől;
- egy millió neuronnal - ad nekünk egy számítógépet, amely magára gondol.
Az agyba épített memória chip
Évente több száz millió ember tapasztal nehézséget a memória elvesztése miatt. Ennek okai különbözőek: agykárosodás, akik folytatni veteránok és labdarúgók, stroke vagy Alzheimer-kór, amely megmutatkoznak idős korban, vagy egyszerűen az öregedés az agyban, ami vár minket. Dr. Theodore Berger, orvosbiológiai mérnök, a University of Southern California, támogatott Ügynökség Defense Advanced Research DARPA US Department of Defense, tesztek bővíthető memória implantátum, amely utánozza a jelfeldolgozás a pillanatban, amikor a neuronok nem hajlandók dolgozni az új, hosszú távú memória.
Az eszköz működéséhez a tudósoknak meg kell érteniük a memória működését. A hippocampus egy agyi régió, amely felelős a rövid távú emlékek hosszú távú emlékekké alakításáért. Hogyan csinálja? És lehetséges-e a tevékenységét egy számítógépes chip keretében megvalósítani?
„Lényegében a memóriát - egy sor elektromos impulzusok az idő során, és generálja bizonyos neuronok számát” - Berger magyarázza - „Ez nagyon fontos, mert ez azt jelenti, hogy csökkenteni tudjuk ezt a folyamatot, hogy egy matematikai egyenlet, és tegye a számítási folyamat keretei közé. "
Tehát a neurobiológusok elkezdték dekódolni az információ áramlását a hippocampusban. A dekódolás kulcsa erős elektromos jel volt, amely a CA3 nevű szerv területéről származik - a hippocampus "bejáratánál" - a CA1-hez - a "kimenő" csomóponthoz. Ez a jel gyengül a memóriazavarban szenvedő emberekben.
"Ha újrahasznosítani tudnánk egy chipet, visszaállítanánk vagy akár növelnénk a memória mennyiségét" - mondja Berger.
De ennek a megfejtési módnak a nyomon követése nehéz, mivel a neuronok nemlineárisan működnek. És az esetleges kisebb tényező, a folyamatban részt vevő vezethet nagyon különböző rezultatam.Tem Mégis, a matematika és a programozás nem áll még, és ma is együtt létrehozni a legmodernebb számítógépes tervezés, sok ismeretlenes és egy csomó „kimenet”.
Először is, a tudósok arra tanították a patkányokat, hogy megnyomják az egyik vagy a másik karot, hogy megkapják a kezelést. A patkányok emlékezetében és a memória hosszú távú emlékezetévé történő átalakításakor a kutatók gondosan rögzítették és rögzítették az összes idegsejt átalakulását, majd egy matematikai modell segítségével számítógépes chipet hoztak létre. Ezután injekciózták a patkányokat egy olyan anyaggal, amely átmenetileg destabilizálja a memória képességét, hogy emlékezzen és befecskendezze a chipet az agyba. A készülék a CA1 "kimenő" szervén dolgozott, és hirtelen a tudósok megtalálták, hogy a patkányok emléke arról, hogy miként érhetők el a finomságok.
A következő vizsgálatokat a majmokon végeztük. Ezúttal a tudósok a prefrontális kéregre koncentrálódtak, amely a hippocampusból származó emlékeket fogadja és modulálja. Az állatok egy sorozat képeket mutattak, amelyek közül néhány ismétlődött. Az idegsejtek tevékenységének rögzítése abban az időben, amikor ugyanazt a képet felismerték, egy matematikai modellt és egy mikroáramot hoztak létre. Ezt követően a majmok prefrontális kéregének munkáját elfojtották a kokain, és a tudósok ismét képesek voltak visszaállítani a memóriát.
Amikor a kísérleteket nyilvánosan végezték, Berger kiválasztott 12 önkéntest, epilepsziás betegeket, akik már az agyba beültetett elektródákkal próbáltak görcsrohamok forrását feltárni. Ismétlődő görcsök elpusztítják a hippocampus kulcsfontosságú részeit, amelyek hosszú távú emlékek kialakulásához szükségesek. Ha például a rohamok idején az agy tevékenységét tanulmányoznák, akkor lehetőség nyílik a memória visszaállítására.
Hasonlóképpen, mint a korábbi kísérletekben, egy speciális humán "memória-kódot" rögzítettünk, amely a CA3-ban tárolt vagy előforduló adatok alapján előre jelezheti az aktivitás mintáját. Az "igazi" agyi aktivitással összehasonlítva, egy ilyen chip körülbelül 80% -os pontossággal működik.
Túl korai, hogy konkrét eredményekről beszéljenek emberek kísérletei után. Az agy motoros kéregétől eltérően, ahol minden egyes osztály felelős egy adott szervért, a hippocampus kaotikusan szerveződik. Még túl korai lenne megmondani, hogy egy ilyen implantátum vissza tudja-e állítani a memóriát azoknak, akik a hippokampusz "kiérkező" részének károsodása miatt szenvednek.
Az algoritmus algoritmálásának problémája továbbra is problémát jelent, mivel a kísérleti prototípust egyes betegek egyéni adataival hozták létre. Mi a teendő, ha a memória kódja mindenki számára eltérő, attól függően, hogy milyen típusú bejövő adatokat kap? Berger emlékeztet arra, hogy az agyat a biofizika is korlátozza:
"A hippocampusban csak annyira sokféleképpen lehet feldolgozni az elektromos jeleket, amelyek sokak ellenére korlátozottak és végesek" - mondja a tudós.