Prvi del: Človeški kolos
Drugi del: Možgani
Tretji del: Letenje nad gnezdom nevronov
Četrti del: nevroračunalniški vmesniki
Peti del: Problem Neuaralink
Šesti del: Starost čarovnikov 1
Šesti del: Starost čarovnikov 2
Sedmi del: Velika fuzija
Promocijski video:
Leta 1969 je znanstvenik po imenu Eberhard Fetz en nevron v opičjih možganih povezal s številčnico pred njenim obrazom. Puščice so se morale premikati, ko je nevron sprožil. Ko je opica pomislila, da se je nevron aktiviral in puščice premaknile, je prejela sladkarije z okusom banane. Sčasoma se je opica začela izboljševati v tej igri, ker je želela bolj okusne sladkarije. Opica se je naučila aktivirati ločen nevron in postala prvi lik, ki je prejel vmesnik nevroračunalnika.
V naslednjih nekaj desetletjih je bil napredek precej počasen, a sredi devetdesetih let so se razmere začele spreminjati in od takrat se je vse pospešilo.
Ker je naše razumevanje opreme možganov in elektrod precej primitivno, so naša prizadevanja usmerjena v ustvarjanje preprostih vmesnikov, ki bodo uporabljeni na področjih možganov, ki jih najbolje razumemo, kot sta motorna skorja in vidna skorja.
In ker so človeški poskusi možni samo za ljudi, ki skušajo z NCI ublažiti svoje trpljenje - in ker je tržno povpraševanje usmerjeno v to - so naša prizadevanja skoraj v celoti namenjena obnavljanju izgubljenih funkcij za invalide.
Največja industrija prihodnosti ICI, ki bo ljudem zagotovila čarobne velesile in preoblikovala svet, je zdaj v stanju zarodka - pri tem nas morajo voditi, pa tudi lastna ugibanja, ko razmišljamo o tem, kakšen bi lahko bil svet leta 2040, 2060 ali 2100.
Pojdimo skozi njih.
To je računalnik, ki ga je leta 1950 ustvaril Alan Turing. Imenuje se Pilot ACE. Mojstrovina svojega časa.
Zdaj pa poglejte to:
Med prebiranjem spodnjih primerov želim, da imate to analogijo pred očmi -
Pilot ACE je enak za iPhone 7
kot
vsak spodnji primer je za _
- in poskusite si predstavljati, kakšen pomišljaj naj bo na mestu. K njemu se bomo vrnili kasneje.
Kakor koli že, od vsega, kar sem prebral in razpravljal z ljudmi na tem področju, trenutno obstajajo tri glavne kategorije nevroračunalniških vmesnikov:
Prvi tip NCI # 1: uporaba skorje motorja kot daljinskega upravljalnika
Če ste pozabili, je motorna skorja ta tip:
Številna področja možganov so za nas nerazumljiva, a motorična skorja za nas manj razumljiva kot druga. In kar je še pomembneje, dobro je preslikana, njeni posamezni deli nadzirajo posamezne dele telesa.
Pomembno je, da je to ena od velikih možganskih regij, ki je odgovorna za naše delo. Ko človek nekaj naredi, motorična skorja skoraj zagotovo potegne strune (vsaj fizična plat dogajanja). Zato se človeškim možganom ni treba naučiti uporabljati motorične skorje kot daljinskega upravljalnika, ker jo možgani že uporabljajo kot tako.
Dvigni roko. Zdaj pa spusti. Vidiš? Vaša roka je kot majhen igralni dron, vaši možgani pa preprosto uporabljajo motorno skorjo kot daljinski upravljalnik, s katerim lahko dron vzamete nazaj in nazaj.
Namen NCI, ki temelji na skorji motorja, je povezati se z njo in nato, ko daljinski upravljalnik sproži ukaz, slišati ta ukaz in ga poslati neki napravi, ki se lahko nanj odzove. Na primer, pri roki. Snop živcev je posrednik med vašo skorjo in roko. NCI je posrednik med vašo motorno skorjo in računalnikom. Preprosto je.
Ena od teh vrst vmesnikov omogoča osebi - običajno osebi, ki je paralizirana od vratu ali z amputiranim udom -, da z mislimi premika kazalko na zaslonu.
Vse se začne s 100-polno večelektrodno matrico, ki se vsadi v človeško motorno skorjo. Motorična skorja pri paralizirani osebi deluje dobro - le hrbtenjača, ki je služila kot posrednik med skorjo in telesom, je prenehala delovati. Tako so z implantiranim nizom elektrod raziskovalci osebi dovolili, da je roko premikala v različnih smereh. Tudi če tega ne zmore, motorična skorja deluje normalno, kot da bi lahko.
Ko nekdo premakne roko, njegova motorna skorja eksplodira z aktivnostjo - a vsakega nevrona običajno zanima samo ena vrsta gibanja. Zato lahko en nevron sproži, kadar človek premakne roko v desno, vendar se mu bo dolgčas, ko se premika v druge smeri. Potem je le eden od tega nevrona lahko določil, kdaj hoče oseba premakniti roko v desno in kdaj ne. Toda z nizom elektrod s 100 elektrodami bo vsaka poslušala ločen nevron. Zato med preskusi, ko na primer osebo prosijo, da premakne roko v desno, 38 od 100 nevronov zabeleži aktivnost nevronov. Ko oseba želi premakniti roko v levo, se aktivira 41 drugih. V procesu vadbe gibov v različnih smereh in z različno hitrostjoračunalnik sprejema podatke z elektrod in jih sintetizira v splošno razumevanje vzorca aktivacije nevronov, ki ustreza namenom premikanja vzdolž osi XY.
Potem, ko te podatke prikaže na računalniškem zaslonu, lahko oseba z močjo misli, "poskuša" premakniti kazalec, dejansko nadzira kazalec. In deluje. BrainGate je fantu omogočil igranje videoigre s samo močjo misli z uporabo NCI, povezanih z motorično skorjo.
In če vam 100 nevronov lahko pove, kam želijo premakniti kurzor, zakaj vam ne morejo povedati, kdaj želijo vzeti kavo in požirek? To je storila ta ohromljena ženska:
Še eni ohromljeni ženski je uspelo leteti v simulatorju lovca F-35, opica pa se je nedavno z možgani zapeljala na invalidskem vozičku.
In zakaj biti omejen samo na roke? Brazilski pionir NKI Miguel Nicolelis in njegova ekipa so zgradili celoten eksoskelet, ki je ohromljeni osebi omogočil uvodni udarec na svetovnem prvenstvu.
Ti dogodki vsebujejo semena drugih prihodnjih revolucionarnih tehnologij, kot so vmesniki med možgani.
Nicolelis je izvedel eksperiment, v katerem je bila motorna skorja ene podgane v Braziliji, ki je v kletki pritisnila enega od dveh vzvodov - eden je vedel, da bo podgana uživala - prek interneta povezana z motorno skorjo druge podgane v ZDA. Podgana v ZDA je bila v podobni kletki, le da za razliko od podgane v Braziliji ni imela nobenih informacij o tem, kateri od svojih dveh vzvodov bi ji ustregel - razen signalov, ki jih je prejela od brazilske podgane. Če je med poskusom ameriška podgana pravilno izbrala vzvod, istega, kot ga je v Braziliji potegnila podgana, sta obe podgani prejeli nagrado. Če so potegnili napačnega, ga niso dobili. Zanimivo je, da so sčasoma podgane postajale vse boljše in boljše, delale so skupaj, kot en živčni sistem - čeprav niso imele pojma o obstoju drug drugega. Uspeh ameriške podgane brez informacij je bil 50-odstoten. Z signali, ki prihajajo iz možganov brazilske podgane, se je stopnja uspešnosti povzpela na 64%. Tukaj je video.
Deloma je deloval tudi pri ljudeh. Dve osebi v različnih stavbah sta med igranjem videoigre delali skupaj. Eden je videl igro, drugi je imel krmilnik. Z uporabo preprostih slušalk EEG lahko igralec, ki je videl igro, brez premikanja rok pomisli, da bi premaknil roko, da bi "ustrelil" krmilnika - in ker so njihovi možgani komunicirali med seboj, je igralec s krmilnikom začutil signal v prstu in pritisnil gumb.
Prvi tip NCI # 2: umetna ušesa in oči
Obstaja več razlogov, zakaj gledanje slepih in zvok gluhih spada med najbolj dostopne kategorije nevroračunalniških vmesnikov.
Prvič, tako kot motorična skorja so tudi senzorični deli možganov, ki jih razumemo dokaj dobro, deloma tudi zato, ker ponavadi dobro preslikajo.
Drugič, med mnogimi zgodnjimi pristopi se nam ni bilo treba ukvarjati z možgani - lahko smo komunicirali s kraji, kjer se ušesa in oči povezujejo z možgani, saj so bile tu motnje najpogostejše.
Medtem ko je bila aktivnost možganske skorje v glavnem namenjena branju nevronov za pridobivanje informacij iz možganov, umetna čutila delujejo drugače - s spodbujanjem nevronov, da informacije pošiljajo navznoter.
V zadnjih desetletjih smo videli neverjeten razvoj polževih vsadkov.
Kohlearni vsadek je majhen računalnik, ki ima na enem koncu mikrofon (ki sedi na ušesu), na drugem pa žico, ki se poveže z nizom elektrod, ki obdajajo polž.
Zvok vstopi v mikrofon (mali kaveljček na vrhu ušesa) in preide v rjavo stvar, ki zvok obdela, da filtrira manj uporabne frekvence. Rjava stvar nato informacije prek kože skozi električno indukcijo prenese na drugo komponento računalnika, ki informacije pretvori v električne impulze in jih pošlje v polž. Elektrode frekvenčno filtrirajo impulze kot polž in stimulirajo slušni živec kot dlake v polži. Takole je videti od zunaj:
Z drugimi besedami, umetno uho opravlja enako funkcijo pretvorbe zvoka v impulze in oddajanja na slušni živec kot običajno uho.
Toda to ni idealno. Zakaj? Ker želite poslati zvok v možgane enake kakovosti kot običajno uho, potrebujete 3500 elektrod. Večina polževih vsadkov vsebuje le 16. Grobo.
Toda v dobi pilota ACE smo - seveda nesramni.
Kljub temu današnji polžji vsadek ljudem omogoča, da slišijo govor in govorijo, kar je že dobro.
Mnogi starši gluhih otrok dobijo polževe vsadke, ko so stari eno leto.
V svetu slepote se dogaja podobna revolucija v obliki mrežničnega vsadka.
Slepota je pogosto posledica bolezni mrežnice. V tem primeru lahko vsadek opravlja podobno funkcijo za vid kot polžasti vsadek za sluh (čeprav ne tako neposredno). Naredi enako kot običajno oko, tako da informacije prenaša na živce v obliki električnih impulzov, tako kot to počnejo oči.
Kompleksnejši vmesnik od polževega vsadka je FDA odobrila prvi vsadek mrežnice leta 2011 - vsadek Argus II, ki ga je izdelal Second Sight. Vsadek mrežnice je videti takole:
In deluje tako:
Vsadek mrežnice ima 60 senzorjev. V mrežnici je približno milijon nevronov. Grobo. Toda videti zamegljene robove, oblike, igro svetlobe in teme je veliko boljše kot ne videti ničesar. Še posebej zanimivo je, da za doseganje dobrega vida sploh ni potreben milijon senzorjev - modeliranje je nakazovalo, da bo za prepoznavanje in branje obrazov dovolj 600–1000 elektrod.
Prvi tip NCI # 3: globoka možganska stimulacija
Od poznih osemdesetih let je globoka stimulacija možganov postala še eno surovo orodje, ki za mnoge ljudi še vedno spreminja življenje.
To je tudi kategorija NCI, ki niso povezane z zunanjim svetom - to je uporaba nevroračunalniških vmesnikov za zdravljenje ali izboljšanje s spreminjanjem nečesa v notranjosti.
Tu se zgodi ena ali dve elektrodni žici, običajno s štirimi ločenimi mesti, ki vstopijo v možgane in pogosto končajo nekje v limbičnem sistemu. Nato se v zgornji del prsnega koša vsadi majhen spodbujevalnik in ga poveže z elektrodama. Všečkaj to:
Nato lahko elektrode po potrebi oddajo majhen naboj, kar je koristno za marsikaj pomembnega. Na primer:
- zmanjšanje tremorja pri ljudeh s Parkinsonovo boleznijo
- zmanjšanje resnosti napadov
- zmanjšanje obsesivno-kompulzivne motnje
S poskusi (torej doslej brez odobritve FDA) so znanstveniki lahko ublažili nekatere vrste kronične bolečine, kot so migrene ali fantomske bolečine v okončinah, ozdravili tesnobo ali depresijo pri PTSP-ju ali v kombinaciji z mišično stimulacijo obnovili nekatere motene vzorce možganov, ki so se razgradili po možganska kap ali nevrološka bolezen.
* * *
To je stanje še vedno nerazvitega območja NCI. In v tem trenutku vanj vstopi Elon Musk. Zanj in za Neuralink je sodobna industrija NCI točka A. Medtem ko smo v teh člankih raziskovali preteklost, da bi prišli do sedanjega trenutka. Zdaj je čas, da pogledamo v prihodnost - da ugotovimo, kaj je točka B in kako lahko do nje pridemo.
ILYA KHEL
Prvi del: Človeški kolos
Drugi del: Možgani
Tretji del: Letenje nad gnezdom nevronov
Četrti del: nevroračunalniški vmesniki
Peti del: Problem Neuaralink
Šesti del: Starost čarovnikov 1
Šesti del: Starost čarovnikov 2
Sedmi del: Velika fuzija