Velkommen til Cyborg Era: Brain Implants Transformed Lives This Year

Velkommen til Cyborg Era: Brain Implants Transformed Lives This Year

Tidsstempel: 29. december 2023 kl. 10:00
Velkommen til Cyborg Era: Brain Implants Transformed Lives This Year PlatoBlockchain Data Intelligence. Lodret søgning. Ai.

Dette år gav anledning til en utrolig blanding af hjerneimplantater, der kan optage, afkode og ændre hjerneaktivitet.

Det lyder som déjà vu—hjerne-maskine-grænseflader levede også gratis i mit hoved sidste års roundup, men med god grund. Neurovidenskabsmænd bygger stadig mere sofistikerede og fleksible elektroniske chips, der problemfrit integrerer maskinintelligens med vores hjerner og rygmarv med rekordhastighed. Det, der tidligere var science fiction - for eksempel at hjælpe lammede mennesker med at genvinde deres evne til at gå, svømme og sejle i kajak - er nu virkelighed.

I år forvandlede hjerneimplantater yderligere folks liv. Den ikke-så-hemmelige sauce? AI.

Et implantat i rygmarven på en patient med Parkinsons sygdom - som langsomt ødelægger en type hjernecelle til planlægning af bevægelser - oversat hans hensigt om at bevæge sig. Efter årtier kunne manden igen med lethed slentre ned ad en strandvej. Undersøgelsen baner vejen for genoprettelse af bevægelse i andre hjernesygdomme - f.eks Lou Gehrigs sygdom, hvor neurale forbindelser til muskler langsomt går i opløsning, eller hos mennesker med hjerneskade fra slagtilfælde.

Endnu en retssag brugt elektrisk stimulation til at øge korttidshukommelsen hos mennesker, der lever med traumatiske hjerneskader. De omhyggeligt timede zaps øgede opmærksomhedsspændet årtier efter skaden - så deltagerne kunne jonglere med flere daglige opgaver og dyrke hobbyer som at læse.

Hjerneimplantater trivedes også som diagnostiske værktøjer. En undersøgelse brugte implantater til at afkode hjernebølgemønstre forbundet med depression og til potentielt at forudsige tilbagefald. Undersøgelsen afslørede, hvordan hjernesignaler adskiller sig mellem en sund og deprimeret hjerne, hvilket kunne inspirere til bedre algoritmer til at skubbe hjerneaktivitet væk fra depression.

Men måske var det største fremskridt inden for afkodning af tale – teknologier, der omsætte tanker til ord og sætninger. Disse teknologier understøtter mennesker, der har mistet evnen til at tale, og giver dem en alternativ måde at kommunikere med deres kære på.

Her er højdepunkterne fra 2023 fra en ny generation af "hjernelæsning” implantater.

Tanker til tekst

Vi taler med en hastighed på omkring 150 ord i minuttet. Det er en høj bar for hjerneimplantater.

Mange neurologiske lidelser, såsom slagtilfælde, lammelser eller locked-in syndrom, berøver en person evnen til at tale – også selvom deres sind stadig er sammenhængende. Tidligt i år, et Stanford-team hjalp en 67-årig kvinde med at genoprette sin tale med 62 ord i minuttet, mere end tre gange hurtigere end tidligere implantater. Kvinden mistede stemmen på grund af Lou Gehrigs sygdom, som langsomt udhuler hjernens evne til at kontrollere muskler til tale, bevægelse og til sidst vejrtrækning.

Studiet brugte et massivt bibliotek af ord til at afkode sin tale fra to kilder: elektrisk aktivitet i Brocas område, hjernens "sprogcenter" og fra musklerne omkring hendes mund. Disse signaler blev ført ind i et tilbagevendende neuralt netværk - en form for dyb læringsalgoritme - for at skelne de grundlæggende elementer i tale. På bare tre dage var systemet i stand til at afkode kvindens tanker med rekordfart - dog med fejl.

Et andet system gik en bedre. I stedet for at bruge elektroder, der trænger ind i hjernen, består enheden - kaldet ECoG for elektrokortikografi - af små pladelignende elektroder placeret på overfladen af ​​hjernen for at fange elektriske signaler. Det skal stadig implanteres under kraniet, men begrænser skader på hjernens følsomme væv. Hver elektrode, omtrent på størrelse med hovedet af et fingerpind, kan optage neurale signaler af høj kvalitet.

ECoG var først brugt ved dette århundredeskifte for at optage tale- og bevægelsessignaler hos mennesker med epilepsi. Det udviklede sig hurtigt til en enhed, der tillod en person med locked-in syndrom til at kommunikere deres tanker ved hjælp af implantatet derhjemme.

Det nye er introduktionen af ​​AI. Nogle algoritmer afkodede hjerneaktiviteten af ​​vokale bevægelser - for eksempel positionen af ​​tungen og formen af ​​munden - mens store sprogmodeller, som dem, der driver ChatGPT, konstruerede sætninger ud fra dataene. Selvom systemet kunne oversætte hjernesignaler til tekst med omkring 78 ord i minuttet, havde omkring en fjerdedel fejl. Men non-verbal kommunikation gjorde op for fejlene: implantatet brugte ansigtsudtryk til at animere en digital avatar, hvilket gav patienterne endnu en kommunikationsmåde.

Et vendepunkt

Hjerneimplantater er en type hjerne-maskine-grænseflade. Tro mod deres navn forbinder disse enheder hjernen med computere. Hvordan de bygger bro mellem de to er åben for kreative løsninger.

De fleste systemer måler elektrisk aktivitet i hjernen og kræver ofte kabler, der forbinder elektroder til computere, der kan afkode neural aktivitet.

Dette år, et studie klippe ledningen af ​​med et trådløst implantat. Systemet består af fleksible printkort i kornstørrelse strøet ud over hjernen, som kan registrere og midlertidigt lagre ændringer i aktivitet. Disse "knuder" transmitterer trådløst data til en hovedtelefonformet modtager, som behandler informationen, styrer hjernestimulering via noderne og driver arrayet. Selvom systemet er trådløst, kræver det stadig kirurgi for implantation.

Et alternativ? Enheder, der fanger hjernens signaler uden operation.

En undersøgelse brugt AI til at oversætte data fra funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (fMRI) - en ikke-invasiv teknik - til "kernen" af en persons tanker. Teknologien oversætter ikke hjerneaktivitet til ord; i stedet fanger det ideer, efterhånden som de udvikler sig, selvom de nøjagtige ord går tabt i oversættelsen. En anden undersøgelse målt hjerneaktivitet med badehætte-lignende hovedbeklædning indlejret med elektroder, der sidder på hovedbunden. Mens en bruger stille læste sætninger i sit sind, oversatte kasketten – ved hjælp af AI – hans "tanker" til tekst.

Andre enheder udforsker helt nye metoder til at forbinde maskine til hjerne - for eksempel med lys. En nylig undersøgelse kombinerede neuroner gensplejset til at reagere på lys og fleksible prober, der aktiverer disse neuroner med forskellige farver af LED-lys. Kombineret med en fælles teknologi, der styrer lysindstillinger, kunne enheden med over tusind uafhængige LED-pixels styre aktiviteten af ​​flere individuelle neuroner på én gang.

Hjerneceller larmer. Den nye enhed hjalp med at sortere gennem kakofonien for at løse de hjernekredsløb, der ligger til grund for specifikke mentale roller. Det aktiverede neuroner op til fem millimeter dybt inde i en musehjerne - nogenlunde den tykkeste del af den menneskelige cortex.

Paradigm Shift

Hjerneimplantater er ikke tankelæsende maskiner. Men efterhånden som teknologien udvikler sig, vil den sandsynligvis støde på adskillige etiske landminer. En enhed, der for eksempel udsender tanker som tekst, kan utilsigtet gribe ind i privatlivets fred.

FN's organisation for uddannelse, videnskab og kultur (UNESCO) ser allerede fremad. Denne sommer har de udgivet en plan om neuroteknologi, der opfordrer til globale reguleringer og en etisk ramme, mens hjerneimplantater skynder sig mod en ukendt fremtid. Organisationen har tidligere udviklet lignende retningslinjer for andre vigtige gennembrud, såsom hvordan man bruger og deler menneskelige genetiske data, og hvordan man udvikler AI for at forbedre samfundet som helhed.

Hjerneimplantater har bevæget sig hurtigt, men deres virkelige verden er lige begyndt. Med transformativ kraft følger ansvar. En global samtale om adgang, lighed, privatliv og mere filosofisk, hvad det vil sige at være menneske, burde ikke være en eftertanke. Det kan snarere være lige så vigtigt som selve teknologien, når vi fortsætter ind i en æra med cyborgs.

Billede Credit: Jerry Tang/Martha Morales/The University of Texas i Austin

Tidsstempel:

Mere fra Singularitet Hub