Tere tulemast küborgi ajastusse: ajuimplantaadid muutsid sel aastal elusid

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Sel aastal sündis uskumatu kombinatsioon ajuimplantaatidest, mis suudavad ajutegevust salvestada, dekodeerida ja muuta.

See kõlab nagu déjà vu – aju-masina liidesed elasid ka minu peas tasuta. eelmise aasta kokkuvõte, aga mõjuval põhjusel. Neuroteadlased ehitavad üha keerukamaid ja paindlikumaid elektroonilisi kiipe, mis integreerivad rekordilise kiirusega sujuvalt masinaintellekti meie aju ja seljaajuga. See, mis varem oli ulme – näiteks aitas halvatud inimestel taastada võime kõndida, ujuda ja süstaga sõita – on nüüd reaalsus.

Sel aastal muutsid ajuimplantaadid inimeste elu veelgi. Mitte-nii-salajane kaste? AI.

Üks implantaat Parkinsoni tõvega patsiendi seljaajus – mis hävitab aeglaselt teatud tüüpi ajurakke, et planeerida liigutusi – tõlkes tema kavatsus liikuda. Aastakümnete pärast võis mees taas kerge vaevaga mööda rannaäärset teed jalutada. Uuring sillutab teed liikumise taastamiseks teiste ajuhäirete korral, näiteks Lou Gehrigi tõbi, kus närviühendused lihastega lagunevad aeglaselt, või inimestel, kellel on insuldi tõttu ajukahjustus.

Järjekordne kohtuprotsess kasutas elektrilist stimulatsiooni traumaatilise ajukahjustusega inimeste lühimälu parandamiseks. Hoolikalt ajastatud segad suurendasid tähelepanuvõimet aastakümneid pärast vigastust, võimaldades osalejatel žongleerida mitmete igapäevaste ülesannetega ja tegeleda selliste hobidega nagu lugemine.

Ajuimplantaadid arenesid edukalt ka diagnostikavahenditena. Üks uuring kasutas implantaate depressiooniga seotud ajulainete mustrite dekodeerimiseks ja potentsiaalse retsidiivi ennustamiseks. Uuring dešifreeris, kuidas ajusignaalid erinevad terve ja depressioonis aju vahel, mis võib inspireerida paremaid algoritme, et tõrjuda ajutegevust depressioonist eemale.

Kuid võib-olla oli suurim edasiminek kõne dekodeerimisel – tehnoloogiatel, mis tõlkida mõtted sõnadeks ja lauseteks. Need tehnoloogiad toetavad inimesi, kes on kaotanud kõnevõime, andes neile alternatiivse võimaluse lähedastega suhtlemiseks.

Siin on 2023. aasta tipphetked uue põlvkonna "ajude lugemine” implantaadid.

Mõtted tekstiks

Me räägime kiirusega umbes 150 sõna minutis. See on ajuimplantaatide jaoks kõrge latt.

Paljud neuroloogilised häired, nagu insult, halvatus või lukustatud sündroom, röövivad inimeselt kõnevõime – isegi kui tema meel on endiselt sidus. Selle aasta alguses Stanfordi meeskond aitas 67-aastasel naisel kõnet taastada kiirusega 62 sõna minutis, mis on kolm korda suurem kui varasemate implantaatide kiirus. Naine kaotas oma hääle Lou Gehrigi haiguse tõttu, mis vähendab aeglaselt aju võimet kontrollida lihaseid kõne, liikumise ja lõpuks hingamise jaoks.

Uuring kasutas tohutut sõnakogu, et dekodeerida oma kõne kahest allikast: elektriline aktiivsus Broca piirkonnas, aju "keelekeskuses" ja suuümbruse lihased. Need signaalid suunati korduvasse närvivõrku – teatud tüüpi süvaõppe algoritmi –, et eristada kõne põhielemente. Vaid kolme päevaga suutis süsteem naise mõtted rekordkiirusel dekodeerida, ehkki vigadega.

Teine süsteem läks ühe võrra paremini. Selle asemel, et kasutada ajju tungivaid elektroode, koosneb seade, mida nimetatakse elektrokortikograafia ECoG-ks, väikestest plaaditaolistest elektroodidest, mis asetatakse aju pinnale elektriliste signaalide hõivamiseks. See tuleb ikkagi kolju alla implanteerida, kuid see piirab aju tundlike kudede kahjustamist. Iga elektrood, mis on ligikaudu pöidlapea suurune, suudab salvestada kvaliteetseid närvisignaale.

EKoG oli esmakordselt kasutatud sajandi vahetusel epilepsiahaigete kõne- ja liikumissignaalide salvestamiseks. Peagi arenes see seadmeks, mis võimaldas isik lukustatud sündroomiga, et oma mõtteid kodus implantaadi abil edastada.

Uus on AI kasutuselevõtt. Mõned algoritmid dekodeerisid hääleliigutuste ajutegevust – näiteks keele asendit ja suu kuju –, samas kui suured keelemudelid, nagu need, mis toidavad ChatGPT-d, koostasid andmete põhjal lauseid. Ehkki süsteem suutis ajusignaale tekstiks tõlkida kiirusega umbes 78 sõna minutis, esines viga ligikaudu veerandil. Kuid mitteverbaalne suhtlus korvas vead: implantaat kasutas näoilmeid digitaalse avatari animeerimiseks, andes patsientidele veel ühe suhtlusviisi.

Pöördepunkt

Ajuimplantaadid on teatud tüüpi aju-masina liides. Nimele kohaselt ühendavad need seadmed aju arvutitega. Kuidas nad ühendavad need kaks on avatud loomingulistele lahendustele.

Enamik süsteeme mõõdab elektrilist aktiivsust ajus ja sageli vajavad kaableid, mis ühendavad elektroodid arvutitega, mis suudavad dekodeerida närvitegevust.

Sellel aastal, uuringus lõigake juhe juhtmevaba implantaadiga läbi. Süsteem koosneb painduvatest terasuurustest trükkplaatidest, mis on puistatud üle aju ja mis suudavad tuvastada ja ajutiselt salvestada aktiivsuse muutusi. Need "sõlmed" edastavad juhtmevabalt andmeid kõrvaklappide kujuga vastuvõtjasse, mis töötleb teavet, juhib sõlmede kaudu aju stimulatsiooni ja toidab massiivi. Kuigi süsteem on traadita, vajab see implanteerimiseks siiski operatsiooni.

Alternatiiv? Seadmed, mis salvestavad ajusignaale ilma operatsioonita.

Üks uuring kasutas tehisintellekti funktsionaalse magnetresonantstomograafia (fMRI) andmete – mitteinvasiivse tehnika – tõlkimiseks inimese mõtete sisuks. Tehnoloogia ei tõlgi ajutegevust sõnadesse; selle asemel jäädvustab see ideid nende arenemisel, kuigi täpsed sõnad lähevad tõlkes kaduma. Teine uuring mõõdetud ajutegevust ujumismütsitaolise peakattega, millele on kinnitatud elektroodid, mis asetsevad peanahal. Kui kasutaja luges vaikselt mõttes lauseid, tõlkis kork AI abil tema mõtted tekstiks.

Teised seadmed uurivad täiesti uusi meetodeid masina ja aju ühendamiseks – näiteks valguse abil. Üks hiljutisest uuringust kombineeritud neuronid, mis on geneetiliselt muundatud reageerima valgusele ja paindlikud sondid, mis aktiveerivad need neuronid erinevat värvi LED-valgusega. Kombineerituna ühise valgussätteid reguleeriva tehnoloogiaga, suudab üle tuhande sõltumatu LED-piksliga seade korraga juhtida mitme üksiku neuroni aktiivsust.

Ajurakud on mürarikkad. Uus seade aitas kakofooniat sorteerida, et lahendada konkreetsete vaimsete rollide aluseks olevad ajuahelad. See aktiveeris kuni viie millimeetri sügavused neuronid hiire ajus – ligikaudu kõige paksem osa inimese ajukoorest.

Paradigma muutust

Ajuimplantaadid ei ole mõtete lugemise masinad. Kuid tehnoloogia arenedes kohtab seda tõenäoliselt palju eetilised maamiinid. Mõtteid tekstina edastav seade võib tahtmatult privaatsust rikkuda.

Ühinenud Rahvaste Organisatsiooni Haridus-, Teadus- ja Kultuuriorganisatsioon (UNESCO) vaatab juba ette. Sel suvel nad avaldas kavandi neurotehnoloogia kohta, nõudes ülemaailmseid eeskirju ja eetilist raamistikku, kuna ajuimplantaadid liiguvad tundmatu tuleviku poole. Organisatsioon töötas varem välja sarnased juhised muude oluliste läbimurrete jaoks, näiteks kuidas kasutada ja jagada inimese geneetilisi andmeid ning kuidas arendada tehisintellekti, et parandada ühiskonda tervikuna.

Ajuimplantaadid on kiiresti liikunud, kuid nende reaalne kasutus on alles algamas. Transformeeriva jõuga kaasneb vastutus. Ülemaailmne vestlus juurdepääsu, võrdsuse, privaatsuse ja filosoofilisemalt selle üle, mida tähendab olla inimene, ei tohiks olla tagantjärele. Pigem võib see olla sama oluline kui tehnoloogia ise, kui me jätkame küborgide ajastus.

Image Credit: Jerry Tang / Martha Morales / Texase ülikool Austinis