Å snakke med slektninger, spille et dataspill og kontrollere en protese - alt dette kan gjøres til og med
Hvordan kommer lammede tilbake til det normale livet?
James Johnson håper han kan sette seg ned en dagbak rattet igjen. Hvis han gjør dette, bruker han bare kraften i tankene sine. I mars 2017 brakk Johnson nakken i en ulykke og ble nesten fullstendig lam fra skuldrene og ned.
Johnsons rehabiliteringsspesialister introduserte ham forav forskere ved California Institute of Technology (Caltech) i Pasadena. Han ble invitert til å delta i en klinisk utprøving av et hjerne-datamaskin-grensesnitt (BCI eller BCI).
Først gjennomgikk han nevrokirurgi ogimplanterte to gitter av elektroder i hjernebarken. Disse elektrodene registrerer avfyring av nevroner i hjernen. Deretter bruker forskere algoritmer for å tyde tankene og intensjonene hans. Systemet bruker deretter Johnsons hjerneaktivitet til å betjene dataapplikasjoner, eller for å hjelpe ham med å bevege seg i en bestemt retning.
Første gang Johnson brukte hjerne-datamaskin-grensesnittet, implantert i november 2018, var han i stand til å flytte en markør rundt på skjermen. For å gjøre dette, måtte du bare tenke på det.
Siden den gang har Johnson brukt BCI til å kontrollereen robotarm for å spille videospill og kjøre en simulert bil i virtuell virkelighet. Johnson er en av 35 personer som har fått en BCI implantert i hjernen over lang tid. Bare rundt 12 laboratorier utfører slike studier, men dette tallet er økende.
Hvor godt leser enheter tanker og hjelper deg med å gjøre det du vil?
I løpet av de siste fem årene har spekteret av ferdigheter somkan gjenopprettes ved hjelp av BCI har utvidet seg betydelig. Bare i 2021 beskrev forskere et tilfelle der en pasient brukte en robotarm som sendte sensorisk tilbakemelding direkte til hjernen hans. Også et protetisk taleapparat for de som har mistet taleevnen på grunn av hjerneslag. Og en mann som kunne kommunisere i rekordfart mens han innbilte seg at han skrev for hånd.
Kan tale gjenopprettes?
"En av de alvorligste konsekvensene av hjerneskade er tap av evnen til å kommunisere," sier Edward Chang, en nevrokirurg og nevroforsker ved University of California, San Francisco.
I begynnelsen av arbeidet med BCI kunne deltakerne flyttemarkøren på dataskjermen, og forestiller seg bevegelsen til hånden deres og hvordan de trykker på tastene. Denne markørbaserte kommunikasjonen var i stand til å overføre omtrent 40 tegn per minutt, en rekord satt i 2017 av et team ledet av Krishna Shena, en nevroforsker ved Stanford University i California.
Så, i 2021, rapporterte den samme gruppen en ny tilnærming der et medlem, Dennis Degrare, var i stand til å formidle dobbelt så mange karakterer.
Shenoys kollega - Frank Willett - foreslo til Degrayse for deg at han skriver ordene for hånd mens forskerne studerer data fra hans motoriske cortex. Systemet hadde noen ganger vanskelig for å analysere signaler som gjaldt bokstaver som visuelt ligner bokstaven - r, n og h, men generelt sett kunne det lett identifisere alle bokstaver.
Dekodingsalgoritmen viste en nøyaktighet på 95 %, men ved bruk av autokorreksjon, lik den i en vanlig smarttelefon, økte nøyaktigheten til 99 %.
Men det er en annen måte å formidle informasjon på.Edward Chang, en nevrokirurg og nevrovitenskapsmann ved University of California, San Francisco, kom opp med en tilnærming som fokuserer på å snakke i stedet for å skrive. Akkurat som tekst er bygd opp av individuelle bokstaver, er tale bygd opp av individuelle enheter kalt fonemer. På engelsk er det omtrent 50 fonemer: hver kan oppnås med en viss bevegelse av stemmekanalen, tungen og leppene.
Changs gruppe jobbet først med å studere en delHjernen som genererer fonemer og derfor tale er en dårlig forstått region kalt ryggstrupebarken. Forskere har laget et taledekodingssystem som viser brukerens dekodede signaler som tekst på skjermen. I 2021 rapporterte gruppen at enheten tillot en person å kommunisere ved hjelp av et forhåndsbestemt sett med 50 ord. Hastigheten var 15 ord i minuttet.
I dette tilfellet registrerte ikke forskerne data fraindividuelle nevroner. I stedet brukte de elektroder plassert på overflaten av hjernebarken, som oppdager den gjennomsnittlige aktiviteten til alle nevroner. Signalene er ikke like nøyaktige som de fra elektroder implantert i hjernebarken, men tilnærmingen er mindre invasiv.
Er det slike enheter i det offentlige domene?
I dag er de fleste implantatersom registrerer aktiviteten til individuelle nevroner, ble opprettet av Blackrock Neurotech. De er utviklere av medisinsk utstyr basert i Salt Lake City. Men i løpet av de siste syv årene har kommersiell interesse for BCI-er økt dramatisk. For eksempel, i 2016, lanserte gründer Elon Musk NeuraLynx i San Francisco for å utvikle en lignende enhet. Selskapet samlet inn 363 millioner dollar.
Styreleder i Blackrock NeurotechFlorian Solzbacher sa at han ønsker å bringe BCI-systemet til markedet innen et år. I november 2021 lanserte US Food and Drug Administration (FDA), som regulerer medisinsk utstyr, en fremskyndet vurderingsprosess for selskapets produkter for å gjøre det lettere å bringe dem ut på markedet. Kanskje vil grensesnittet deres bli det første masseproduktet på dette området.
Hva er neste?
Eksperter understreker at utviklerekommersielle BCI-enheter må fungere uten eksperttilsyn i måneder eller år. Det er også viktig å sørge for at grensesnittet fungerer like godt for hver bruker.
De bemerket også at fremskritt innen maskinlæring vil bidra til å løse det første problemet. Men å oppnå universell effektivitet uavhengig av bruker er en vanskeligere oppgave.
I tillegg understreker etikere detat brukere skal beholde full kontroll over enhetsdata. Moderne teknologier kan ikke tyde folks private tanker, men utviklere vil ha data om alle brukerens dialoger, samt viktige data om helsen til hjernen deres. Det bemerkes at IMC er en ny type cybersikkerhetsrisiko.
Les mer:
Den har blitt jaktet på i århundrer: hva vet vi om planeten Vulcan ved siden av solen
Fysikere har eksperimentelt bekreftet en ny grunnleggende lov for væsker
Astronomer har funnet kilden til mystiske radioutbrudd som kommer fra verdensrommet