Praten met familieleden, een computerspel spelen en een prothese besturen - dit alles kan zelfs
Hoe keren verlamde mensen terug naar het normale leven?
James Johnson hoopt dat hij op een dag kan gaan zittenweer achter het stuur. Als hij dit doet, gebruikt hij alleen de kracht van zijn gedachten. In maart 2017 brak Johnson bij een ongeval zijn nek en raakte hij vanaf zijn schouders bijna volledig verlamd.
Johnson's revalidatiespecialisten lieten hem kennismakendoor onderzoekers van het California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena. Hij werd uitgenodigd om deel te nemen aan een klinische proef met een hersencomputerinterface (BCI of BCI).
Eerst onderging hij een neurochirurgische operatie enimplanteerde twee roosters van elektroden in de hersenschors. Deze elektroden registreren het vuren van neuronen in de hersenen. Vervolgens gebruiken onderzoekers algoritmen om zijn gedachten en bedoelingen te ontcijferen. Het systeem gebruikt vervolgens de hersenactiviteit van Johnson om computertoepassingen te bedienen of om hem te helpen in een specifieke richting te bewegen.
De eerste keer dat Johnson de hersencomputerinterface gebruikte, geïmplanteerd in november 2018, kon hij een cursor over het scherm bewegen. Om dit te doen, hoefde je er alleen maar over na te denken.
Sindsdien heeft Johnson de BCI gebruikt om controle uit te oefeneneen robotarm om videogames te spelen en een gesimuleerde auto te besturen in virtual reality. Johnson is een van de 35 mensen bij wie langdurig een BCI in hun hersenen is geïmplanteerd. Slechts ongeveer twaalf laboratoria voeren dergelijke onderzoeken uit, maar dit aantal groeit.
Hoe goed lezen apparaten gedachten en helpen ze u te doen wat u wilt?
De afgelopen vijf jaar is het scala aan vaardigheden datkan worden hersteld met behulp van de BCI is aanzienlijk uitgebreid. Net in 2021 beschreven wetenschappers een geval waarin een patiënt een robotarm gebruikte die sensorische feedback rechtstreeks naar zijn hersenen stuurde. Ook een prothetisch spraakapparaat voor degenen die door een beroerte het vermogen om te spreken hebben verloren. En een man die in recordsnelheid kon communiceren terwijl hij zich voorstelde dat hij met de hand schreef.
Kan spraak worden hersteld?
“Een van de ernstigste gevolgen van hersenletsel is het verlies van het vermogen om te communiceren”, zegt Edward Chang, een neurochirurg en neurowetenschapper aan de Universiteit van Californië, San Francisco.
Aan het begin van het werk met de BCI konden deelnemers verhuizencursor op het computerscherm, zich de beweging van hun hand voorstellend en hoe ze op de toetsen drukken. Deze op cursor gebaseerde communicatie kon ongeveer 40 tekens per minuut verzenden, een record dat in 2017 werd gevestigd door een team onder leiding van Krishna Shena, een neurowetenschapper aan de Stanford University in Californië.
Vervolgens rapporteerde dezelfde groep in 2021 een nieuwe aanpak waarbij een lid, Dennis Degrare, twee keer zoveel karakters kon overbrengen.
Shenoy's collega - Frank Willett - stelde voor aan Degraystel je voor dat hij de woorden met de hand schrijft terwijl de onderzoekers gegevens uit zijn motorische cortex bestuderen. Het systeem had soms moeite om signalen te ontleden die betrekking hadden op letters die visueel lijken op de letter - r, n en h, maar over het algemeen kon het gemakkelijk alle letters identificeren.
Het decoderingsalgoritme toonde een nauwkeurigheid van 95%, maar bij gebruik van autocorrectie, vergelijkbaar met die in een gewone smartphone, nam de nauwkeurigheid toe tot 99%.
Maar er is nog een andere manier om informatie over te brengen.Edward Chang, een neurochirurg en neurowetenschapper aan de Universiteit van Californië, San Francisco, kwam met een benadering die zich richt op spreken in plaats van schrijven. Net zoals tekst bestaat uit afzonderlijke letters, bestaat spraak uit afzonderlijke eenheden die fonemen worden genoemd. In het Engels zijn er ongeveer 50 fonemen: elk kan worden verkregen met een bepaalde beweging van het stemkanaal, de tong en de lippen.
Chang's groep werkte eerst om een deel te studerenDe hersenen die fonemen en dus spraak genereren, zijn een slecht begrepen gebied dat de dorsale larynxcortex wordt genoemd. Onderzoekers hebben een spraakdecodeersysteem ontwikkeld dat de gedecodeerde signalen van de gebruiker als tekst op het scherm weergeeft. In 2021 meldde de groep dat het apparaat een persoon in staat stelde te communiceren met behulp van een vooraf bepaalde reeks van 50 woorden. De snelheid was 15 woorden per minuut.
In dit geval hebben de wetenschappers geen gegevens vastgelegd vanindividuele neuronen. In plaats daarvan gebruikten ze elektroden op het oppervlak van de hersenschors, die de gemiddelde activiteit van alle neuronen detecteren. De signalen zijn niet zo nauwkeurig als die van elektroden die in de hersenschors zijn geïmplanteerd, maar de benadering is minder ingrijpend.
Zijn er dergelijke apparaten in het publieke domein?
Tegenwoordig de meeste implantatendie de activiteit van individuele neuronen registreren, is gemaakt door Blackrock Neurotech. Het zijn ontwikkelaars van medische apparatuur, gevestigd in Salt Lake City. Maar de afgelopen zeven jaar is de commerciële belangstelling voor BCI’s dramatisch toegenomen. In 2016 lanceerde ondernemer Elon Musk bijvoorbeeld NeuraLynx in San Francisco om een soortgelijk apparaat te ontwikkelen. Het bedrijf haalde $363 miljoen op.
Voorzitter van de raad van bestuur van Blackrock NeurotechFlorian Solzbacher zei dat hij het BCI-systeem binnen een jaar op de markt wil brengen. In november 2021 lanceerde de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA), die medische hulpmiddelen reguleert, een versneld beoordelingsproces voor de producten van het bedrijf om het gemakkelijker te maken ze op de markt te brengen. Misschien wordt hun interface het eerste massaproduct op dit gebied.
Wat is de volgende stap?
Experts benadrukken dat ontwikkelaarscommerciële BCI-apparaten zullen maanden of zelfs jaren zonder deskundig toezicht moeten werken. Het is ook belangrijk om ervoor te zorgen dat de interface voor elke gebruiker even goed functioneert.
Ze merkten ook op dat vooruitgang in machine learning het eerste probleem zal helpen oplossen. Maar om universele efficiëntie te bereiken, ongeacht de gebruiker, is een moeilijkere taak.
Bovendien benadrukken ethici dat:dat gebruikers de volledige controle over apparaatgegevens moeten behouden. Moderne technologieën kunnen de persoonlijke gedachten van mensen niet ontcijferen, maar ontwikkelaars zullen gegevens hebben over alle dialogen van de gebruiker, evenals belangrijke gegevens over de gezondheid van hun hersenen. Opgemerkt wordt dat IMC een nieuw type cyberbeveiligingsrisico is.
Lees verder:
Er wordt al eeuwen op gejaagd: wat weten we over de planeet Vulcan naast de zon
Natuurkundigen hebben experimenteel een nieuwe fundamentele wet voor vloeistoffen bevestigd
Astronomen hebben de bron gevonden van mysterieuze radio-uitbarstingen die uit de ruimte komen