Puolustusministeriön tutkimusyksikkö DARPA maksaa tutkijoille keksintötapoja lukea sotilaiden mielet hetkessä käyttämällä työkaluja, kuten ihmisen aivojen geenitekniikkaa, nanoteknologiaa ja infrapunasäteitä. Lopputavoite? Ajateltavana ohjatut aseet, kuten droneparvet, joita joku lähettää taivaalle yhdellä ajatuksella tai kykyä säteillä kuvia aivoista toiseen.
Tällä viikolla DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) ilmoitti, että kuusi joukkuetta saa tukea seuraavan sukupolven kirurgisen neuroteknologian (N3) ohjelmasta. Osallistujien tehtävänä on kehittää tekniikkaa, joka tarjoaa kaksisuuntaisen kanavan nopeaan ja saumattomaan viestintään ihmisen aivojen ja koneiden välillä ilman leikkausta.
"Kuvittele joku, joka käyttää droonia, tai joku, joka voi analysoida paljon tietoa", sanoi Jacob Robinson, Rice Universityn bioinsinöörityön apulaisprofessori, joka johtaa yhtä ryhmää.
"Siellä on tämä latenssi, jolloin jos haluan kommunikoida koneeni kanssa, minun on lähetettävä aivoistani signaali liikuttaakseni sormeani tai liikuttaa suuani sanallisen käskyn tekemiseen, ja tämä rajoittaa nopeutta, jolla voin olla vuorovaikutuksessa jommankumman kanssa. kyber- tai fyysinen järjestelmä. Joten ajatellaan, että ehkä voisimme parantaa vuorovaikutuksen nopeutta. "
Se voi olla ratkaisevan tärkeää, koska älykkäät koneet ja vuoroveden data-aalto uhkaavat hukkua ihmisiä ja voivat lopulta löytää sovelluksia sekä sotilaallisella että siviilialueella, Robinson sanoi.
Mielenhallinnan edistäminen
Vaikka kykymmemme lukea ja jopa kirjoittaa tietoa aivoille on tapahtunut läpimurtoja, nämä edistykset ovat yleensä luottaneet potilaiden aivoimplantteihin, jolloin lääkärit ovat voineet seurata epilepsian kaltaisia tiloja.
Aivoleikkaus on kuitenkin liian vaarallinen perustellakseen tällaiset rajapinnat työkykyisillä ihmisillä; ja nykyiset ulkoiset aivojen tarkkailua koskevat lähestymistavat, kuten elektroenkefalografia (EEG) - joissa elektrodit on kiinnitetty suoraan päänahaan - ovat liian epätarkkoja. Sellaisenaan DARPA yrittää kannustaa läpimurtoa ei-invasiivisiin tai minimaalisesti invasiivisiin aivojen ja tietokoneiden rajapintoihin (BCI).
Virasto on kiinnostunut järjestelmistä, jotka pystyvät lukemaan ja kirjoittamaan 16 riippumattomaan paikkaan aivurin paksuisessa hernepalasessa, jonka viive on enintään 50 millisekuntia neljän vuoden aikana, sanoi Robinson, jolla ei ole mitään harhaa illuusiosta haaste.
"Kun yrität kaapata aivojen toimintaa kalloon, on vaikea tietää, mistä signaalit tulevat ja milloin ja missä signaalit syntyy", hän kertoi Live Science: lle. "Joten iso haaste on, voimmeko työntää päätöslauselman absoluuttiset rajat sekä tilassa että ajassa?"
Geneettisesti säätämällä ihmisen aivoja
Robinsonin joukkue aikoo käyttää tätä varten viruksia, joita on muokattu siirtämään geneettistä materiaalia soluihin - joita kutsutaan virusvektoreiksi - DNA: n insertoimiseksi spesifisiin neuroneihin, jotka saavat heidät tuottamaan kahden tyyppisiä proteiineja.
Ensimmäinen proteiinityyppi absorboi valoa neuronin ampuessa, mikä mahdollistaa hermoaktiivisuuden havaitsemisen. Ulkoinen kuulokemikrofoni lähettäisi infrapunasäteen, joka voi kulkea kallon läpi aivoihin. HF-laitteeseen kiinnitetyt ilmaisimet mittaavat sitten pienen signaalin, joka heijastuu aivokudoksesta, kuvan luomiseksi aivoista. Proteiinin takia kohdennetut alueet näyttävät tummemmilta (absorboivat valoa), kun neuronit ampuvat, jolloin syntyy lukema aivojen toiminnasta, jota voidaan käyttää selvittämään, mitä henkilö näkee, kuulee tai yrittää tehdä.
Toinen proteiini sitoo magneettisiin nanopartikkeleihin, joten neuroneja voidaan stimuloida magneettisesti tuleen, kun HF-laite tuottaa magneettikentän. Tätä voitaisiin käyttää neuronien stimulointiin kuvan tai äänen indusoimiseksi potilaan mielessä. Konseptinä todisteena ryhmä aikoo käyttää järjestelmää kuvien siirtämiseen 'yhden henkilön visuaalisesta aivokuoresta toiseen.
"Ymmärrämme melko hyvin kykyä dekoodata tai koodata aistikokemuksia", Robinson sanoi. "Tieteen verenvuorella luulen, että olemme siellä, jos meillä olisi tekniikka sen tekemiseen."
Puhuminen drooneihin
Ryhmä Battelle-tutkimuslaitoksesta on tekemässä kunnianhimoisemman haasteen. Ryhmä haluaa antaa ihmisten hallita useita droneja käyttämällä pelkästään ajatuksiaan, kun taas palaute asioista, kuten kiihtyvyydestä ja asemasta, menee suoraan aivoihin.
"Joystickit ja tietokonekohdistimet ovat enemmän tai vähemmän yksisuuntaisia laitteita", sanoi ryhmää vetävä vanhempi tutkija Gaurav Sharma. "Mutta nyt ajattelemme yhtä henkilöä, joka hallitsee useita droneja; ja se on kaksisuuntainen, joten jos drooni liikkuu vasemmalle, saat aivoihin aistosignaalin, joka kertoo, että se liikkuu vasemmalle."
Ryhmän suunnitelma perustuu erityisesti suunniteltuihin nanohiukkasiin, joissa on magneettinen ydin ja pietsosähköiset ulkokuoret, mikä tarkoittaa, että kuoret voivat muuntaa mekaanisen energian sähköiseksi ja päinvastoin. Hiukkaset injektoidaan tai annetaan nenään, ja magneettikentät ohjaavat niitä spesifisiin neuroneihin.
Kun erityisesti suunniteltu kuulokemikrofoni kohdistaa magneettikentän kohdennettuihin hermosoluihin, magneettinen ydin liikkuu ja kohdistaa rasitusta ulkokuoreen sähköisen impulssin aikaansaamiseksi, joka herättää neuronin tuleen. Prosessi toimii myös päinvastaisessa suunnassa, kun neuroneista ampuvat sähköisimpulssit muunnetaan pieniksi magneettikenteiksi, jotka kuulokkeiden ilmaisimet ottavat vastaan.
Prosessin kääntäminen droonien hallitsemiseksi ei ole helppoa, myöntää Sharma, mutta hän lupaa uudelleen DARPA: n asettaman haasteen. "Aivot ovat lääketieteen viimeinen raja", hän sanoi. "Ymmärrämme siitä niin vähän, mikä tekee siitä mielenkiintoisen tutkimuksen tekemisen tällä alalla."
