Del 1: Den menneskelige koloss
Anden del: Hjernen
Del tre: Flyver over reden af neuroner
Del fire: neurocomputer-grænseflader
Del fem: Neuaralink-problemet
Del sjette: Age of Wizards 1
Del seks: Age of Wizards 2
Del syv: Den store fusion
Salgsfremmende video:
I 1969 forbandt en videnskabsmand ved navn Eberhard Fetz en neuron i en abes hjerne til en urskive foran ansigtet. Pilene måtte bevæge sig, da neuronen fyrede. Da aben troede, at neuronen blev aktiveret, og pilene skiftede, modtog hun et slik med banansmag. Over tid begyndte aben at forbedre sig i dette spil, fordi han ville have mere lækre slik. Apen lærte at aktivere en separat neuron og blev den første karakter, der modtog en neurocomputer-grænseflade.
I løbet af de næste par årtier var fremskridtene ret langsomme, men i midten af 90'erne begyndte situationen at ændre sig, og siden da er alt accelereret.
Da vores forståelse af hjernen og elektrodeudstyret er temmelig primitivt, har vores indsats tendens til at være rettet mod at skabe enkle grænseflader, der vil blive brugt i de områder af hjernen, som vi forstår bedst, såsom motorisk cortex og visuel cortex.
Og da menneskelig eksperimenter kun er mulig for mennesker, der forsøger at bruge NCI til at lindre deres lidelse - og fordi markedets efterspørgsel er fokuseret på dette - har vores indsats næsten udelukkende været dedikeret til at gendanne mistede funktioner for handicappede.
Fremtidens største NCI-industrier, der vil give folk magiske superkræfter og transformere verden, er nu i en tilstand af fostre - og vi er nødt til at blive styret af dem såvel som vores gæt, når vi tænker på, hvordan verden kan være i 2040, 2060 eller 2100.
Lad os gennemgå dem.
Dette er en computer oprettet af Alan Turing i 1950. Det hedder Pilot ACE. Et mesterværk af sin tid.
Se nu på dette:
Når du læser eksemplerne nedenfor, vil jeg have dig til at holde denne analogi foran dine øjne -
Pilot ACE er den samme for iPhone 7
end
hvert eksempel nedenfor er for _
- og prøv at forestille dig, hvad et strejf skal være på plads. Vi vender tilbage til det senere.
Under alle omstændigheder er der i øjeblikket tre hovedkategorier af neurale computergrænseflader under udvikling af alt, hvad jeg har læst og diskuteret med mennesker i marken:
Første NCI type # 1: Brug af motor cortex som en fjernbetjening
Hvis du har glemt det, er motorbarken denne fyr:
Mange områder af hjernen er uforståelige for os, men motorisk cortex er mindre uforståelig for os end andre. Og vigtigere, det er godt kortlagt, dets individuelle dele styrer individuelle dele af kroppen.
Det er vigtigt, at dette er en af de store hjerneområder, der er ansvarlige for vores arbejde. Når en person gør noget, trækker motorbarken næsten helt sikkert i trådene (i det mindste den fysiske side af handlingen). Derfor har den menneskelige hjerne ikke brug for at lære at bruge motorisk cortex som fjernbetjening, fordi hjernen allerede bruger den som sådan.
Ræk hånden op. Læg det nu ned. Se? Din hånd er som en lille legetøjsdron, og din hjerne bruger simpelthen motorisk cortex som fjernbetjening til at tage dronen af og tilbage.
Formålet med en NCI baseret på motor cortex er at oprette forbindelse til den, og når fjernbetjeningen udløser en kommando, skal du høre den kommando og sende den til en enhed, der kan reagere på den. For eksempel ved hånden. Et bundt nerver er mellemled mellem din cortex og din hånd. NCI er en mellemmand mellem din motoriske cortex og din computer. Det er simpelt.
En af disse typer grænseflader gør det muligt for en person - normalt en person, der er lammet fra nakken eller med et amputeret lem - at flytte markøren på skærmen med deres sind.
Det hele starter med en 100-benet multielektrodematrix, der implanteres i den menneskelige motoriske cortex. Motorbarken i en lammet person fungerer fint - bare rygmarven, der fungerede som mellemled mellem cortex og kroppen, stoppede med at arbejde. Således med det implanterede elektrodearray tillod forskerne personen at bevæge armen i forskellige retninger. Selvom han ikke kan gøre det, fungerer motorbarken normalt, som om han kunne.
Når nogen bevæger deres arm, eksploderer deres motoriske cortex med aktivitet - men hver neuron er normalt kun interesseret i en type bevægelse. Derfor kan en neuron affyre, når en person bevæger sin hånd til højre, men keder sig, når han bevæger sig i andre retninger. Så kunne kun en af denne neuron bestemme, hvornår en person vil bevæge sin hånd til højre, og hvornår ikke. Men med et elektrodearray på 100 elektroder vil hver lytte til en separat neuron. Derfor registrerer 38 ud af 100 neuroner under test, når en person bliver bedt om at bevæge sin hånd til højre, for eksempel neuronernes aktivitet. Når en person vil flytte hånden til venstre, aktiveres 41 andre. I færd med at øve bevægelser i forskellige retninger og i forskellige hastigheder,computeren modtager data fra elektroderne og syntetiserer dem til en generel forståelse af mønsteret for neuronal aktivering svarende til intentionerne om at bevæge sig langs XY-akserne.
Når de derefter viser disse data på en computerskærm, kan en person ved hjælp af tanken "forsøge" at flytte markøren faktisk styre markøren. Og det fungerer. BrainGate gjorde det muligt for drengen at spille et videospil med bare tankekraften ved hjælp af NCI'er, der var knyttet til motorbarken.
Og hvis 100 neuroner kan fortælle dig, hvor de vil flytte markøren, hvorfor kan de ikke fortælle dig, hvornår de vil hente deres kaffe og tage en slurk? Dette gjorde denne lammede kvinde:
En anden lammet kvinde formåede at flyve i en F-35 fighter simulator, og en abe red for nylig i en kørestol ved hjælp af hans hjerne.
Og hvorfor være begrænset til kun hænder? NKIs brasilianske pioner Miguel Nicolelis og hans team byggede et helt eksoskelet, der gjorde det muligt for en lammet person at tage åbningsparket til verdensmesterskabet.
Denne udvikling indeholder frøene til andre fremtidige revolutionerende teknologier, såsom grænseflader fra hjerne til hjerne.
Nicolelis gennemførte et eksperiment, hvor motorisk cortex af en rotte i Brasilien, som pressede en af to løftestænger i et bur - hvoraf en rotte vidste, at den ville nyde - blev forbundet via Internettet til motor cortex fra en anden rotte i USA. En rotte i USA var i et lignende bur, bortset fra at hun, i modsætning til en rotte i Brasilien, ikke havde nogen oplysninger om, hvilken af hendes to løftestænger, der ville behage hende - bortset fra de signaler, hun modtog fra den brasilianske rotte. I løbet af eksperimentet, hvis den amerikanske rotte korrekt valgte armen, den samme trukket af rotten i Brasilien, modtog begge rotter en belønning. Hvis de trak den forkerte, fik de det ikke. Interessant nok blev rotterne over tid bedre og bedre, arbejdede sammen som et nervesystem - skønt de ikke havde nogen idé om eksistensen af hinanden. Succesen med den amerikanske rotte uden information var 50%. Med signaler fra hjernen hos den brasilianske rotte steg succesraten til 64%. Her er en video.
Delvis fungerede det også hos mennesker. To mennesker i forskellige bygninger arbejdede sammen, mens de spillede et videospil. Den ene så spillet, den anden holdt en controller. Ved hjælp af enkle EEG-headset kunne spilleren, der så spillet, uden at bevæge sine hænder tænke på at bevæge sin hånd for at “skyde” på controlleren - og da deres hjerner kommunikerede med hinanden, følte spilleren med controlleren signalet i fingeren og trykkede på knappen.
Første NCI type 2: kunstige ører og øjne
Der er flere grunde til, at synet til blinde og lyd for døve er blandt de mest tilgængelige kategorier af neurocomputer-grænseflader.
For det første er sensorisk cortex ligesom motorisk cortex dele af hjernen, som vi forstår ret godt, delvis fordi de har tendens til at kortlægge godt.
For det andet behøvede vi blandt mange af de første tilgange ikke at beskæftige os med hjernen - vi kunne interagere med de steder, hvor ører og øjne forbinder sig til hjernen, fordi det er her, lidelserne var mest almindelige.
Og mens aktiviteten i hjernens motoriske cortex primært handlede om at læse neuroner for at udtrække information fra hjernen, fungerer kunstige sanser anderledes - ved at stimulere neuroner til at sende information indad.
I løbet af de sidste årtier har vi set en utrolig udvikling af cochleaimplantater.
Et cochleaimplantat er en lille computer, der har en mikrofon i den ene ende (som sidder på dit øre) og en ledning i den anden, der forbinder til en række elektroder, der ligger i cochlea.
Lyden kommer ind i mikrofonen (den lille krog øverst i øret) og går ind i den brune ting, som behandler lyden for at filtrere mindre nyttige frekvenser ud. Den brune ting overfører derefter informationen gennem huden gennem elektrisk induktion til en anden komponent på computeren, som omdanner informationen til elektriske impulser og sender den til sneglehuset. Elektroderne filtrerer impulser i frekvens som et cochlea og stimulerer hørselsnerven som hårene i et cochlea. Sådan ser det ud udefra:
Med andre ord udfører det kunstige øre den samme funktion ved at konvertere lyd til impulser og transmittere den til hørselsnerven som det normale øre.
Men dette er ikke ideelt. Hvorfor? For for at sende lyd til hjernen med samme kvalitet som det almindelige øre, har du brug for 3500 elektroder. De fleste cochleaimplantater indeholder kun 16. Groft.
Men vi er i en periode med Pilot ACE - selvfølgelig uhøfligt.
Ikke desto mindre tillader dagens cochleaimplantat folk at høre tale og tale, hvilket allerede er godt.
Mange forældre til døve børn får cochleaimplantater, når de er et år gamle.
I blindhedens verden finder en lignende revolution sted i form af et retinal implantat.
Blindhed er ofte resultatet af retinal sygdom. I dette tilfælde kan implantatet udføre en lignende funktion for synet som et cochleaimplantat til hørelse (dog ikke så direkte). Det gør det samme som det normale øje og transmitterer information til nerverne i form af elektriske impulser, ligesom øjnene gør.
En mere kompleks grænseflade end et cochleaimplantat, det første retinalimplantat blev godkendt af FDA i 2011 - Argus II-implantatet fremstillet af Second Sight. Retinalimplantatet ser sådan ud:
Og det fungerer sådan her:
Retinalimplantatet har 60 sensorer. Der er omkring en million neuroner i nethinden. Ru. Men at se slørede kanter, former, spil af lys og mørke er meget bedre end slet ikke at se noget. Hvad der er særligt interessant er, at der overhovedet ikke er behov for en million sensorer for at opnå god vision - modellering foreslog, at 600-1000 elektroder ville være nok til ansigtsgenkendelse og læsning.
Første NCI type 3: dyb hjernestimulering
Siden slutningen af 1980'erne er dyb hjernestimulering blevet et andet groft værktøj, der stadig er livsændrende for mange mennesker.
Dette er også en kategori af NCI'er, der ikke er forbundet med omverdenen - dette er brugen af neurocomputer-grænseflader til at helbrede eller forbedre sig selv og ændre noget indeni.
Hvad der sker her er en eller to elektrodetråde, normalt med fire separate elektrodesteder, der kommer ind i hjernen og ofte ender et eller andet sted i det limbiske system. En lille pacemaker implanteres derefter i det øvre bryst og forbindes til elektroderne. Sådan her:
Derefter kan elektroderne levere en lille opladning efter behov, hvilket er nyttigt til mange vigtige ting. For eksempel:
- reduktion af tremor hos mennesker med Parkinsons sygdom
- reduktion af sværhedsgraden af angreb
- reduktion af tvangslidelse
Gennem eksperimenter (dvs. indtil videre uden FDA-godkendelse) har forskere været i stand til at lindre visse typer kronisk smerte, såsom migræne eller fantomsmerter i lemmerne, helbrede angst eller depression ved PTSD eller i kombination med muskelstimulering genoprette visse forstyrrede hjernekredsløb, der er brudt ned efter slagtilfælde eller neurologisk sygdom.
* * *
Dette er tilstanden i det stadig underudviklede område af NCI. Og i dette øjeblik går Elon Musk ind i det. For ham og for Neuralink er den moderne NCI-industri punkt A. Mens vi har udforsket fortiden gennem disse artikler for at komme til nutiden. Nu er det tid til at se ind i fremtiden - finde ud af, hvad punkt B er, og hvordan vi kan komme til det.
ILYA KHEL
Del 1: Den menneskelige koloss
Anden del: Hjernen
Del tre: Flyver over reden af neuroner
Del fire: neurocomputer-grænseflader
Del fem: Neuaralink-problemet
Del sjette: Age of Wizards 1
Del seks: Age of Wizards 2
Del syv: Den store fusion