Puhuminen sukulaisten kanssa, tietokonepelin pelaaminen ja proteesin hallinta - kaikki tämä voidaan tehdä jopa
Miten halvaantuneet palaavat normaaliin elämään?
James Johnson toivoo voivansa istua jonain päivänätaas ratin takana. Jos hän tekee tämän, käyttää vain ajatustensa voimaa. Maaliskuussa 2017 Johnson mursi niskansa onnettomuudessa ja halvaantui melkein kokonaan olkapäistä alaspäin.
Johnsonin kuntoutusasiantuntijat esittelivät hänetKalifornian teknologiainstituutin (Caltech) tutkijat Pasadenassa. Hänet kutsuttiin liittymään aivo-tietokonerajapinnan (BCI tai BCI) kliiniseen tutkimukseen.
Ensin hänelle tehtiin neurokirurginen leikkaus jaistutti kaksi elektrodiverkkoa aivokuoreen. Nämä elektrodit tallentavat hermosolujen laukaisun aivoissa. Seuraavaksi tutkijat käyttävät algoritmeja selvittääkseen hänen ajatuksensa ja aikeensa. Järjestelmä käyttää sitten Johnsonin aivotoimintaa tietokonesovellusten ohjaamiseen tai auttamaan häntä liikkumaan tiettyyn suuntaan.
Ensimmäistä kertaa Johnson käytti marraskuussa 2018 istutettua aivo-tietokoneliitäntää, jolloin hän pystyi liikuttamaan kohdistinta näytöllä. Tämän tekemiseksi sinun piti vain ajatella sitä.
Siitä lähtien Johnson on käyttänyt BCI:tä hallitsemiseenrobottikäsi videopelien pelaamiseen ja simuloidun auton ajamiseen virtuaalitodellisuudessa. Johnson on yksi 35 ihmisestä, joille BCI on istutettu aivoihinsa pitkään. Vain noin 12 laboratoriota suorittaa tällaisia tutkimuksia, mutta määrä kasvaa.
Kuinka hyvin laitteet lukevat ajatuksia ja auttavat sinua tekemään mitä haluat?
Viimeisen viiden vuoden aikana erilaisia taitojavoidaan palauttaa käyttämällä BCI on laajentunut merkittävästi. Juuri vuonna 2021 tutkijat kuvailivat tapausta, jossa potilas käytti robottikäsivartta, joka lähetti sensorista palautetta suoraan hänen aivoihinsa. Myös puheproteesi niille, jotka ovat menettäneet puhekyvyn aivohalvauksen vuoksi. Ja mies, joka pystyi kommunikoimaan ennätysnopeudella kuvitellen kirjoittavansa käsin.
Voidaanko puhe palauttaa?
"Yksi aivovamman vakavimmista seurauksista on kommunikointikyvyn menetys", sanoo Edward Chang, neurokirurgi ja neurotieteilijä Kalifornian yliopistosta San Franciscossa.
BCI:n kanssa työskentelyn alussa osallistujat saattoivat siirtyäkohdistin tietokoneen näytöllä kuvitellen kätensä liikkeen ja kuinka he painavat näppäimiä. Tämä kursoriin perustuva viestintä pystyi lähettämään noin 40 merkkiä minuutissa, mikä on ennätys, jonka teki vuonna 2017 Kalifornian Stanfordin yliopiston neurotieteilijä Krishna Shena.
Sitten vuonna 2021 sama ryhmä raportoi uudesta lähestymistavasta, jossa jäsen Dennis Degrare pystyi välittämään kaksi kertaa enemmän hahmoja.
Shenoyn kollega Frank Willett ehdotti Degrayllekuvittele hänen kirjoittavan sanat käsin, kun tutkijat tutkivat tietoja hänen motorisesta aivokuorestaan. Järjestelmällä oli joskus vaikeuksia jäsentää signaaleja, jotka koskivat visuaalisesti kirjaimia - r, n ja h - vastaavia kirjaimia, mutta yleensä se pystyi helposti tunnistamaan kaikki kirjaimet.
Dekoodausalgoritmi osoitti 95 prosentin tarkkuutta, mutta automaattista korjausta käytettäessä, kuten tavallisessa älypuhelimessa, tarkkuus nousi 99 prosenttiin.
Mutta on toinenkin tapa välittää tietoa.Edward Chang, neurokirurgi ja neurotieteilijä Kalifornian yliopistosta San Franciscossa, keksi lähestymistavan, joka keskittyy puhumiseen kirjoittamisen sijaan. Aivan kuten teksti koostuu yksittäisistä kirjaimista, puhe koostuu yksittäisistä yksiköistä, joita kutsutaan foneemiksi. Englannissa on noin 50 foneemia: jokainen voidaan saada tietyllä ääniradan, kielen ja huulten liikkeellä.
Changin ryhmä työskenteli ensin opiskellakseen osaaFoneemeja ja siten puhetta tuottavat aivot ovat huonosti ymmärretty alue, jota kutsutaan dorsaaliseksi kurkunpään aivokuoreksi. Tutkijat ovat luoneet puheen dekoodausjärjestelmän, joka näyttää käyttäjän dekoodatut signaalit tekstinä näytöllä. Vuonna 2021 ryhmä raportoi, että laitteen avulla henkilö kommunikoi ennalta määrätyllä 50 sanan joukolla. Nopeus oli 15 sanaa minuutissa.
Tässä tapauksessa tutkijat eivät tallentaneet tietojayksittäisiä neuroneja. Sen sijaan he käyttivät aivokuoren pinnalle asetettuja elektrodeja, jotka havaitsivat kaikkien hermosolujen keskimääräisen aktiivisuuden. Signaalit eivät ole yhtä tarkkoja kuin aivokuoreen istutettujen elektrodien signaalit, mutta lähestymistapa on vähemmän invasiivinen.
Onko tällaisia laitteita julkisessa käytössä?
Nykyään useimmat implantitjotka tallentavat yksittäisten hermosolujen toimintaa, loi Blackrock Neurotech. He ovat Salt Lake Cityssä toimivia lääkinnällisten laitteiden kehittäjiä. Mutta viimeisen seitsemän vuoden aikana kaupallinen kiinnostus BCI:itä kohtaan on lisääntynyt dramaattisesti. Esimerkiksi vuonna 2016 yrittäjä Elon Musk käynnisti NeuraLynxin San Franciscossa kehittääkseen samanlaisen laitteen. Yhtiö keräsi 363 miljoonaa dollaria.
Blackrock Neurotechin hallituksen puheenjohtajaFlorian Solzbacher sanoi, että hän haluaa tuoda BCI-järjestelmän markkinoille vuoden sisällä. Marraskuussa 2021 lääkinnällisiä laitteita säätelevä Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto (FDA) käynnisti nopeutetun tarkastusprosessin yrityksen tuotteille helpottaakseen niiden markkinoille saattamista. Ehkä niiden käyttöliittymästä tulee ensimmäinen massatuote tällä alalla.
Mitä seuraavaksi?
Asiantuntijat korostavat, että kehittäjätkaupalliset BCI-laitteet joutuvat toimimaan ilman asiantuntijavalvontaa kuukausia tai jopa vuosia. On myös tärkeää varmistaa, että käyttöliittymä toimii yhtä hyvin jokaiselle käyttäjälle.
He totesivat myös, että koneoppimisen edistyminen auttaa ratkaisemaan ensimmäisen ongelman. Mutta yleisen tehokkuuden saavuttaminen käyttäjästä riippumatta on vaikeampi tehtävä.
Lisäksi eettiset tutkijat korostavat sitäettä käyttäjien on säilytettävä laitetietojen täysi hallinta. Nykytekniikat eivät pysty tulkitsemaan ihmisten yksityisiä ajatuksia, mutta kehittäjillä on tietoja kaikista käyttäjien dialogeista sekä tärkeitä tietoja heidän aivojensa terveydestä. On huomattava, että IMC on uudenlainen kyberturvallisuusriski.
Lue lisää:
Sitä on metsästetty vuosisatoja: mitä tiedämme Vulcan-planeetasta Auringon vieressä
Fyysikot ovat kokeellisesti vahvistaneet nesteille uuden peruslain
Tähtitieteilijät ovat löytäneet avaruudesta tulevien salaperäisten radiopurskeiden lähteen