At tale med pårørende, spille et computerspil og styre en protese - alt dette kan endda lade sig gøre
Hvordan vender lammede tilbage til det normale liv?
James Johnson håber, at han kan sætte sig ned en dagbag rattet igen. Hvis han gør dette, så bruger han kun kraften i sine tanker. I marts 2017 brækkede Johnson nakken i en ulykke og blev næsten fuldstændig lam fra skuldrene og ned.
Johnsons rehabiliteringsspecialister introducerede ham tilaf forskere ved California Institute of Technology (Caltech) i Pasadena. Han blev inviteret til at deltage i et klinisk forsøg med en hjerne-computer-grænseflade (BCI eller BCI).
Først gennemgik han neurokirurgisk operation ogimplanterede to gitter af elektroder i hjernebarken. Disse elektroder registrerer affyring af neuroner i hjernen. Dernæst bruger forskere algoritmer til at tyde hans tanker og hensigter. Systemet bruger derefter Johnsons hjerneaktivitet til at betjene computerapplikationer eller til at hjælpe ham med at bevæge sig i en bestemt retning.
Første gang Johnson brugte hjerne-computer-grænsefladen, implanteret i november 2018, var han i stand til at flytte en markør rundt på skærmen. For at gøre dette skulle du bare tænke over det.
Siden da har Johnson brugt BCI til at kontrollereen robotarm til at spille videospil og køre en simuleret bil i virtual reality. Johnson er en af 35 personer, der har fået en BCI implanteret i deres hjerne på længere sigt. Kun omkring 12 laboratorier udfører sådanne undersøgelser, men dette antal er stigende.
Hvor godt læser enheder tanker og hjælper dig med at gøre, hvad du vil?
I løbet af de seneste fem år er rækken af færdigheder, derkan gendannes ved hjælp af BCI er udvidet betydeligt. Bare i 2021 beskrev videnskabsmænd et tilfælde, hvor en patient brugte en robotarm, der sendte sensorisk feedback direkte til hans hjerne. Også en protetisk taleanordning til dem, der har mistet taleevnen på grund af slagtilfælde. Og en mand, der kunne kommunikere i rekordfart, mens han forestillede sig, at han skrev i hånden.
Kan tale genoprettes?
"En af de mest alvorlige konsekvenser af hjerneskade er tabet af evnen til at kommunikere," siger Edward Chang, en neurokirurg og neuroforsker ved University of California, San Francisco.
I begyndelsen af arbejdet med BCI kunne deltagerne flyttemarkøren på computerskærmen og forestiller sig bevægelsen af deres hånd, og hvordan de trykker på tasterne. Denne markørbaserede kommunikation var i stand til at transmittere cirka 40 tegn i minuttet, en rekord sat i 2017 af et team ledet af Krishna Shena, en neuroforsker ved Stanford University i Californien.
Så, i 2021, rapporterede den samme gruppe om en ny tilgang, hvor et medlem, Dennis Degrare, var i stand til at formidle dobbelt så mange karakterer.
Shenoys kollega - Frank Willett - foreslog Degrayforestil dig, at han skriver ordene i hånden, mens forskere studerer data fra hans motoriske cortex. Systemet havde nogle gange svært ved at analysere signaler, der vedrørte bogstaver, der visuelt ligner bogstavet - r, n og h, men generelt kunne det nemt identificere alle bogstaver.
Afkodningsalgoritmen viste en nøjagtighed på 95 %, men ved brug af autokorrektion, svarende til den i en almindelig smartphone, steg nøjagtigheden til 99 %.
Men der er en anden måde at formidle information på.Edward Chang, en neurokirurg og neurovidenskabsmand ved University of California, San Francisco, kom med en tilgang, der fokuserer på at tale frem for at skrive. Ligesom tekst er opbygget af individuelle bogstaver, er tale opbygget af individuelle enheder kaldet fonemer. På engelsk er der omkring 50 fonemer: hver kan opnås med en vis bevægelse af stemmekanalen, tungen og læberne.
Changs gruppe arbejdede først på at studere en delHjernen, der genererer fonemer og derfor tale, er et dårligt forstået område kaldet den dorsale larynx cortex. Forskere har skabt et taleafkodningssystem, der viser brugerens afkodede signaler som tekst på skærmen. I 2021 rapporterede gruppen, at enheden tillod en person at kommunikere ved hjælp af et forudbestemt sæt på 50 ord. Hastigheden var 15 ord i minuttet.
I dette tilfælde registrerede forskerne ikke data fraindividuelle neuroner. I stedet brugte de elektroder placeret på overfladen af hjernebarken, som registrerer den gennemsnitlige aktivitet af alle neuroner. Signalerne er ikke så nøjagtige som dem fra elektroder implanteret i hjernebarken, men tilgangen er mindre invasiv.
Er der sådanne enheder i det offentlige domæne?
I dag er de fleste implantatersom registrerer aktiviteten af individuelle neuroner, blev skabt af Blackrock Neurotech. De er udviklere af medicinsk udstyr baseret i Salt Lake City. Men i løbet af de sidste syv år er den kommercielle interesse for BCI'er steget dramatisk. For eksempel lancerede iværksætteren Elon Musk i 2016 NeuraLynx i San Francisco for at udvikle en lignende enhed. Virksomheden rejste 363 millioner dollars.
Bestyrelsesformand i Blackrock NeurotechFlorian Solzbacher sagde, at han ønsker at bringe BCI-systemet på markedet inden for et år. I november 2021 lancerede US Food and Drug Administration (FDA), som regulerer medicinsk udstyr, en fremskyndet gennemgang af virksomhedens produkter for at gøre det nemmere at bringe dem på markedet. Måske bliver deres grænseflade det første masseprodukt på dette område.
Hvad er næste?
Eksperter understreger, at udviklerekommercielle BCI-enheder skal fungere uden ekspertovervågning i måneder eller endda år. Det er også vigtigt at sikre sig, at grænsefladen fungerer lige godt for hver bruger.
De bemærkede også, at fremskridt inden for maskinlæring vil hjælpe med at løse det første problem. Men at opnå universel effektivitet uanset brugeren er en sværere opgave.
Det understreger etikerne desudenat brugere skal bevare fuld kontrol over enhedsdata. Moderne teknologier kan ikke tyde folks private tanker, dog vil udviklere have data om alle brugerens dialoger, såvel som vigtige data om deres hjernes sundhed. Det bemærkes, at IMC er en ny type cybersikkerhedsrisiko.
Læs mere:
Det er blevet jaget i århundreder: hvad ved vi om planeten Vulcan ved siden af Solen
Fysikere har eksperimentelt bekræftet en ny grundlæggende lov for væsker
Astronomer har fundet kilden til mystiske radioudbrud, der kommer fra rummet