Att prata med släktingar, spela ett datorspel och styra en protes - allt detta kan till och med göras
Hur återgår förlamade människor till ett normalt liv?
James Johnson hoppas att han kan sitta ner en dagbakom ratten igen. Om han gör detta, använder han bara kraften i sina tankar. I mars 2017 bröt Johnson nacken i en olycka och lämnades nästan helt förlamad från axlarna och nedåt.
Johnsons rehabiliteringsspecialister introducerade honom förav forskare vid California Institute of Technology (Caltech) i Pasadena. Han blev inbjuden att delta i en klinisk prövning av ett hjärn-dator-gränssnitt (BCI eller BCI).
Först genomgick han neurokirurgi ochimplanterade två galler av elektroder i hjärnbarken. Dessa elektroder registrerar avfyring av neuroner i hjärnan. Därefter använder forskare algoritmer för att dechiffrera hans tankar och avsikter. Systemet använder sedan Johnsons hjärnaktivitet för att driva datorapplikationer, eller för att hjälpa honom att röra sig i en specifik riktning.
Första gången Johnson använde hjärn-datorgränssnittet, som implanterades i november 2018, kunde han flytta en markör runt skärmen. För att göra detta var du bara tvungen att tänka på det.
Sedan dess har Johnson använt BCI för att kontrolleraen robotarm för att spela tv-spel och köra en simulerad bil i virtuell verklighet. Johnson är en av 35 personer som har fått en BCI inopererad i sin hjärna under lång tid. Endast cirka 12 laboratorier genomför sådana studier, men antalet ökar.
Hur väl läser enheter tankar och hjälper dig att göra vad du vill?
Under de senaste fem åren har utbudet av färdigheter somkan återställas med hjälp av BCI har utökats avsevärt. Bara 2021 beskrev forskare ett fall där en patient använde en robotarm som skickade sensorisk feedback direkt till hans hjärna. Även en protetisk talapparat för dig som tappat talförmågan på grund av stroke. Och en man som kunde kommunicera rekordsnabbt samtidigt som han inbillade sig att han skrev för hand.
Kan tal återställas?
"En av de allvarligaste konsekvenserna av hjärnskada är förlusten av förmågan att kommunicera", säger Edward Chang, neurokirurg och neuroforskare vid University of California, San Francisco.
I början av arbetet med BCI kunde deltagarna flyttamarkören på datorskärmen och föreställer sig handens rörelse och hur de trycker på tangenterna. Denna markörbaserade kommunikation kunde sända cirka 40 tecken per minut, ett rekord som sattes 2017 av ett team ledd av Krishna Shena, en neuroforskare vid Stanford University i Kalifornien.
Sedan, 2021, rapporterade samma grupp ett nytt tillvägagångssätt där en medlem, Dennis Degrare, kunde förmedla dubbelt så många karaktärer.
Shenoys kollega - Frank Willett - föreslog till Degrayföreställ dig att han skriver orden för hand medan forskarna studerar data från hans motoriska cortex. Systemet hade ibland svårt att tolka signaler som rörde bokstäver som visuellt liknade bokstaven - r, n och h, men i allmänhet kunde det lätt identifiera alla bokstäver.
Avkodningsalgoritmen visade en noggrannhet på 95 %, men vid användning av autokorrigering, liknande den i en vanlig smartphone, ökade noggrannheten till 99 %.
Men det finns ett annat sätt att förmedla information.Edward Chang, en neurokirurg och neuroforskare vid University of California, San Francisco, kom på ett tillvägagångssätt som fokuserar på att tala snarare än att skriva. Precis som text består av enskilda bokstäver, består tal av individuella enheter som kallas fonem. På engelska finns det cirka 50 fonem: var och en kan erhållas med en viss rörelse av röstkanalen, tungan och läpparna.
Changs grupp arbetade först med att studera en delHjärnan som genererar fonem och därför tal är en dåligt förstådd region som kallas den dorsala larynxbarken. Forskare har skapat ett talavkodningssystem som visar användarens avkodade signaler som text på skärmen. År 2021 rapporterade gruppen att enheten tillät en person att kommunicera med en förutbestämd uppsättning av 50 ord. Hastigheten var 15 ord per minut.
I det här fallet har forskarna inte registrerat data frånindividuella neuroner. Istället använde de elektroder placerade på ytan av hjärnbarken, som upptäcker den genomsnittliga aktiviteten hos alla neuroner. Signalerna är inte lika exakta som de från elektroder implanterade i hjärnbarken, men tillvägagångssättet är mindre invasivt.
Finns det sådana enheter i det offentliga området?
Idag är de flesta implantatsom registrerar aktiviteten hos enskilda neuroner, skapades av Blackrock Neurotech. De är utvecklare av medicintekniska produkter baserade i Salt Lake City. Men under de senaste sju åren har det kommersiella intresset för BCI ökat dramatiskt. Till exempel, 2016, lanserade entreprenören Elon Musk NeuraLynx i San Francisco för att utveckla en liknande enhet. Företaget samlade in 363 miljoner dollar.
Styrelseordförande i Blackrock NeurotechFlorian Solzbacher sa att han vill lansera BCI-systemet inom ett år. I november 2021 lanserade US Food and Drug Administration (FDA), som reglerar medicintekniska produkter, en påskyndad granskningsprocess för företagets produkter för att göra det lättare att få ut dem på marknaden. Kanske kommer deras gränssnitt att bli den första massprodukten inom detta område.
Vad är nästa?
Experter betonar att utvecklarekommersiella BCI-enheter måste fungera utan expertövervakning i månader eller till och med år. Det är också viktigt att se till att gränssnittet fungerar lika bra för varje användare.
De noterade också att framsteg inom maskininlärning kommer att hjälpa till att lösa det första problemet. Men att uppnå universell effektivitet oavsett användare är en svårare uppgift.
Dessutom betonar etiker detatt användare ska behålla full kontroll över enhetsdata. Modern teknik kan inte dechiffrera människors privata tankar, men utvecklare kommer att ha data om alla användarens dialoger, såväl som viktiga data om hjärnans hälsa. Det noteras att IMC är en ny typ av cybersäkerhetsrisk.
Läs mer:
Den har jagats i århundraden: vad vet vi om planeten Vulcan bredvid solen
Fysiker har experimentellt bekräftat en ny grundläggande lag för vätskor
Astronomer har hittat källan till mystiska radioskurar som kommer från rymden