Nii nagu iidsed kreeklased fantaseerisid hüppeliselt lendu, unistavad tänapäeva kujutelmad mõtete ja masinate sulatamisest kui abinõust inimeste surelikkuse kentsakas probleemile. Kas mõistus saab aju-arvuti-liidese (BCI) tehnoloogia abil otse ühendust tehisintellekti, robotite ja teiste mõtetega, et ületada meie inimlikke piiranguid?
Seotud sisu
- Kuidas on Ameerika esimene lisamismasin ühendatud alasti lõunasöögiga
Viimase 50 aasta jooksul on ülikoolide laborite teadlased ja ettevõtted kogu maailmas teinud sellise visiooni saavutamiseks muljetavaldavaid edusamme. Hiljuti teatasid sellised edukad ettevõtjad nagu Elon Musk (Neuralink) ja Bryan Johnson (Kernel) uutest idufirmadest, mis püüavad inimese võimeid aju-arvuti liidestamise kaudu parendada.
Kui lähedal oleme aju edukaks ühendamiseks oma tehnoloogiaga? Ja mis võib sellel olla, kui meie meel on ühendatud?
Päritolu: taastusravi ja restaureerimine
Eb Fetz, siinse Sensorimotoorse Neuraalehituse Keskuse (CSNE) teadur, on üks varasemaid teerajajaid masinate ühendamiseks mõtetega. 1969. aastal näitas ta, et enne personaalarvutite olemasolu isegi polnud, ahvid suudavad oma ajusignaale võimendada, et juhtida kettal olevat nõela.
Suur osa hiljuti BCI-dega seotud tööst on suunatud halvatud või raskete liikumispuudega inimeste elukvaliteedi parandamisele. Võib-olla olete uudistes näinud mõnda hiljutist saavutust: Pittsburghi ülikooli teadlased kasutavad robotkäe juhtimiseks ajus salvestatud signaale. Stanfordi teadlased saavad halvatud patsientide liikumiskavatsused ajusignaalidest eraldada, võimaldades neil tahvelarvutit traadita kasutada.
Samamoodi saab mõned piiratud virtuaalsed aistingud aju tagasi saata, edastades elektrivoolu ajusiseselt või ajupinnale.
Kuidas on lood meie nägemise ja heli peamiste meeltega? Äärmiselt on raske nägemispuudega inimestele mõeldud biooniliste silmade väga varased versioonid kasutusele võetud ja parendatud versioonid on praegu inimkatsetes. Cochleari implantaadid on seevastu muutunud üheks edukamaks ja levinumaks biooniliseks implantaadiks - üle 300 000 kasutaja kogu maailmas kasutab implantaate kuulmiseks.
Kahesuunaline aju-arvuti liides (BBCI) suudab nii aju signaale salvestada kui ka stimulatsiooni kaudu teavet ajule tagasi saata. (Sensorimotoorse närvitehnika keskus (CSNE), CC BY-ND) Kõige keerukamad BCI-d on kahesuunalised BCI-d (BBCI), mis suudavad nii närvisüsteemi salvestada kui ka stimuleerida. Meie keskuses uurime BBCI-sid kui radikaalselt uut taastusvahendit insuldi ja seljaaju vigastuste korral. Oleme näidanud, et BBCI-d saab kasutada kahe ajupiirkonna või aju ja seljaaju vahelise ühenduse tugevdamiseks ja teabe ümber suunamiseks vigastuse piirkonnas ümber halvatud jäseme elustamiseks.
Kõigi nende seniste õnnestumiste korral võite arvata, et aju-arvuti liides on järgmine järgmine hädavajalik tarbijavidin.
Ikka alguspäevad
Elektrokortikograafiavõrku, mida kasutatakse aju pinna elektriliste muutuste tuvastamiseks, testitakse elektriliste omaduste osas. (Sensorimotoorse närvitehnika keskus, CC BY-ND) Kuid mõne praeguse BCI meeleavalduse hoolikas uurimine näitab, et meil on veel oma tee minna: Kui BCI-d toodavad liikumisi, on need palju aeglasemad, vähem täpsed ja vähem keerulised kui see, mida töövõimelised inimesed teevad iga päev oma jäsemetega hõlpsalt. Bioonilised silmad pakuvad väga madala eraldusvõimega nägemist; sisekõrva implantaadid võivad elektrooniliselt kanda piiratud kõnes sisalduvat teavet, kuid moonutavad muusikakogemust. Ja kõigi nende tehnoloogiate toimimiseks peavad elektroodid olema kirurgiliselt implanteeritud - see on väljavaade, mida enamik inimesi tänapäeval ei kaaluks.
Mitte kõik BCI-d pole siiski invasiivsed. Mitteinvasiivsed BCI-d, mis ei vaja operatsiooni, on olemas; need põhinevad tavaliselt peanaha elektrilistel (EEG) salvestustel ja neid on kasutatud kursorite, ratastoolide, robotrelvade, droonide, humanoidrobotite ja isegi aju-aju vahelise suhtluse kontrollimiseks.
Kuid kõik need demosid on tehtud laboratooriumis - kus ruumid on vaiksed, katsealused pole segatud, tehniline seadistamine on pikk ja metoodiline ning eksperimendid kestavad vaid piisavalt kaua, et näidata, et kontseptsioon on võimalik. On osutunud väga keeruliseks muuta need süsteemid piisavalt kiireks ja vastupidavaks, et olla reaalses maailmas praktiliselt kasutatavad.
Isegi implanteeritud elektroodide korral on mõistuse lugemise probleemiks meie aju ülesehitus. Me teame, et iga neuron ja nende tuhanded ühendatud naabrid moodustavad kujutlematult suure ja pidevalt muutuva võrgu. Mida see võib neuroinseneride jaoks tähendada?
Kujutage ette, et proovite aru saada suure sõpruskonna vahelisest vestlusest keeruka teema kohta, kuid teil on lubatud kuulata ainult ühte inimest. Võib-olla suudaksite välja mõelda väga umbkaudse teema, millest vestlus räägib, kuid kindlasti mitte kõiki vestluse üksikasju ja nüansse. Kuna isegi meie parimad implantaadid võimaldavad meil korraga kuulata vaid mõnda väikest ajulaiku, võime teha ka muljetavaldavaid asju, kuid me ei mõista peaaegu kogu vestlust.
Seal on ka see, mida me arvame keelebarjäärina. Neuronid suhtlevad omavahel elektriliste signaalide ja keemiliste reaktsioonide keeruka interaktsiooni kaudu. Seda natiivset elektrokeemilist keelt saab elektriliste vooluahelate abil tõlgendada, kuid see pole lihtne. Sarnaselt, kui me räägime ajule elektrilise stimulatsiooni abil tagasi, on see tugeva elektrilise “aktsendiga”. See muudab neuronite jaoks raskeks mõista, mida stimulatsioon üritab anda kogu muu käimasoleva närvitegevuse keskel.
Lõpuks on kahju probleem. Ajukude on pehme ja painduv, samas kui enamik meie elektrit juhtivatest materjalidest - ajukoega ühendavad juhtmed - kipuvad olema väga jäigad. See tähendab, et implanteeritud elektroonika põhjustab sageli armistumist ja immuunreaktsioone, mis tähendab, et implantaadid kaotavad aja jooksul tõhususe. Paindlikud biosobivad kiud ja massiivid võivad selles osas lõpuks abiks olla.
Kohanemine, kooselu
Kõigile neile väljakutsetele vaatamata oleme oma bioonilise tuleviku suhtes optimistlikud. BCI ei pea olema täiuslik. Aju on hämmastavalt kohanemisvõimeline ja võimeline õppima BCI-sid kasutama sarnaselt sellega, kuidas õpime uusi oskusi, nagu näiteks autojuhtimine või puutetundliku ekraaniga liidese kasutamine. Samamoodi saab aju õppida tõlgendama uut tüüpi sensoorset teavet isegi siis, kui see edastatakse mitteinvasiivselt, kasutades näiteks magnetilisi impulsse.
Lõppkokkuvõttes usume, et kooskohanduv kahesuunaline BCI, kus elektroonika õpib koos ajuga ja vestleb õppeprotsessis pidevalt ajuga, võib osutuda vajalikuks närvisilla ehitamiseks. Selliste koos adaptiivsete kahesuunaliste BCI-de loomine on meie keskuse eesmärk.
Samuti oleme põnevil selliste haiguste nagu diabeedi sihipärase ravi hiljutiste õnnestumiste üle, kasutades nn elektrilisi ravimeid - eksperimentaalseid väikeseid implantaate, mis ravivad haigust ilma ravimiteta, edastades käsklusi otse siseorganitele.
Ja teadlased on avastanud uusi viise elektri-biokeemilise keelebarjääri ületamiseks. Näiteks süstitavad “närvipitsid” võivad osutuda paljutõotavaks viisiks neuronitel järk-järgult kasvada implanteeritud elektroodide kõrval, mitte neid tagasi lükata. Paindlikud nanojuhtmepõhised sondid, elastsed neuronivarustused ja klaasjas süsiniku liidesed võivad ka tulevikus võimaldada bioloogilistel ja tehnoloogilistel arvutitel meie kehas õnnelikult koos eksisteerida.
Alates abistavast kuni augmentatiivseni
Elon Muski uue käivitusprogrammi Neuralink peamine eesmärk on tugevdada inimesi BCI-de abil, et anda meie ajudele käimasolev võidurelvastumine inimese ja tehisintellekti vahel. Ta loodab, et võime oma tehnoloogiatega ühenduse loomise abil suurendada inimaju oma võimeid - võimaldades meil võimalusel vältida võimalikku düstoopilist tulevikku, kus AI on kaugelt ületanud inimese loomulikke võimeid. Selline nägemus võib kindlasti tunduda kauge või väljamõeldud, kuid me ei tohiks vallandada ainuüksi kummalisuse ideed. Lõppude lõpuks viidi isesõitvad autod juba poolteist aastat tagasi ulme valdkonda - ja jagage nüüd meie teid.
BCI võib varieeruda mitmete mõõtmete järgi: kas see puutub kokku perifeerse närvisüsteemiga (närv) või kesknärvisüsteemiga (aju), kas see on invasiivne või mitteinvasiivne ja kas see aitab taastada kaotatud funktsiooni või suurendab võimeid. (James Wu; kohandatud ettevõttest Sakurambo, CC BY-SA) Lähemas tulevikus, kui aju-arvuti liidesed liiguvad puuetega inimeste funktsioonide taastamisest kaugemale, et suurendada puuetega inimesi nende inimvõimetest kaugemale, peame olema väga teadlikud paljudest probleemidest, mis on seotud nõusoleku, privaatsuse, identiteedi, esinduse ja ebavõrdsusega . Meie keskuses töötab filosoofide, kliinikute ja inseneride meeskond aktiivselt nende eetiliste, moraalsete ja sotsiaalse õigluse probleemidega tegelemiseks ning neuroeetiliste suuniste pakkumiseks enne, kui valdkond areneb liiga kaugele.
Meie aju otse tehnoloogiaga ühendamine võib lõppkokkuvõttes olla loomulik edasiminek selles, kuidas inimesed on end läbi aegade tehnoloogiaga täiendanud, alates rataste kasutamisest meie kahepalgeliste piirangute ületamiseks kuni märkide tegemiseni savitahvlitele ja paberile oma mälestuste täiendamiseks. Sarnaselt tänapäevaste arvutite, nutitelefonide ja virtuaalreaalsuse peakomplektidega on augmentatiivsed BCI-d, kui nad lõpuks tarbijaturule jõuavad, virgutavad, masendavad, riskantsed ja samal ajal ka lubadusi täis.
See artikkel avaldati algselt lehel The Conversation.
James Wu, Ph.D. Bioenergeetika üliõpilane, Washingtoni ülikooli Sensorimotoorsete närvitehnoloogia keskuse teadur
Rajesh PN Rao, arvutiteaduse ja inseneriprofessor ning Washingtoni ülikooli Sensorimotoorsete närvitehnika keskuse direktor
