Velkommen til Cyborg Era: Brain Implants Transformed Lives This Year

Velkommen til Cyborg Era: Brain Implants Transformed Lives This Year

Tidsstempel: 29. desember 2023 10:00
Welcome to the Cyborg Era: Brain Implants Transformed Lives This Year PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Dette året ga opphav til en utrolig blanding av hjerneimplantater som kan registrere, dekode og endre hjerneaktivitet.

Det høres ut som déjà vu—hjerne-maskin-grensesnitt også levde gratis i hodet mitt i fjorårets roundup, men med god grunn. Nevrovitenskapsmenn bygger stadig mer sofistikerte og fleksible elektroniske brikker som sømløst integrerer maskinintelligens med hjernen og ryggmargen vår i rekordfart. Det som tidligere var science fiction – for eksempel å hjelpe lammede mennesker til å gjenvinne evnen til å gå, svømme og padle kajakk – er nå virkelighet.

I år har hjerneimplantater forvandlet folks liv ytterligere. Den ikke-så-hemmelige sausen? AI.

Ett implantat i ryggmargen til en pasient med Parkinsons sykdom - som sakte ødelegger en type hjernecelle for å planlegge bevegelser - oversatte hans intensjon om å bevege seg. Etter flere tiår kunne mannen igjen rusle ned en strandvei med letthet. Studien baner vei for gjenoppretting av bevegelse ved andre hjernesykdommer - som Lou Gehrigs sykdom, hvor nevrale forbindelser til muskler sakte går i oppløsning, eller hos personer med hjerneskade fra hjerneslag.

Enda en rettssak brukte elektrisk stimulering for å øke korttidshukommelsen hos mennesker som lever med traumatiske hjerneskader. De nøye tidsbestemte zapene økte oppmerksomhetsspennet tiår etter skaden – slik at deltakerne kan sjonglere med flere dagligdagse oppgaver og drive med hobbyer som å lese.

Hjerneimplantater trivdes også som diagnostiske verktøy. En studie brukte implantater for å dekode hjernebølgemønstre assosiert med depresjon og for potensielt å forutsi tilbakefall. Studien dechiffrerte hvordan hjernesignaler skiller seg mellom en sunn og deprimert hjerne, noe som kan inspirere til bedre algoritmer for å skyve hjerneaktivitet bort fra depresjon.

Men kanskje den største fremgangen var i dekoding av tale – teknologier som oversette tanker til ord og setninger. Disse teknologiene støtter mennesker som har mistet evnen til å snakke, og gir dem en alternativ måte å kommunisere med sine nærmeste.

Her er høydepunktene fra 2023 fra en ny generasjon av "hjernelesing" implantater.

Tanker til tekst

Vi snakker med en hastighet på omtrent 150 ord i minuttet. Det er en høy bar for hjerneimplantater.

Mange nevrologiske lidelser, som hjerneslag, lammelser eller innelåst syndrom, frarøver en person evnen til å snakke – selv om tankene deres fortsatt er sammenhengende. Tidlig i år, et team fra Stanford hjalp en 67 år gammel kvinne med å gjenopprette talen med 62 ord i minuttet, over tre ganger hastigheten på tidligere implantater. Kvinnen mistet stemmen på grunn av Lou Gehrigs sykdom, som sakte eroderer hjernens evne til å kontrollere muskler for tale, bevegelse og til slutt pusting.

Studien brukte et enormt bibliotek med ord for å dekode talen hennes fra to kilder: elektrisk aktivitet i Brocas område, hjernens "språksenter" og fra muskler rundt munnen hennes. Disse signalene ble matet inn i et tilbakevendende nevralt nettverk - en type dyp læringsalgoritme - for å skille de grunnleggende elementene i tale. På bare tre dager var systemet i stand til å dekode kvinnens tanker i rekordfart – men med feil.

Et annet system gikk en bedre. I stedet for å bruke elektroder som trenger inn i hjernen, består enheten – kalt ECoG for elektrokortikografi – av små platelignende elektroder plassert på overflaten av hjernen for å fange opp elektriske signaler. Det må fortsatt implanteres under skallen, men begrenser skade på hjernens sensitive vev. Hver elektrode, omtrent på størrelse med hodet til en fingerstift, kan ta opp nevrale signaler av høy kvalitet.

ECoG var først brukt ved århundreskiftet for å registrere tale- og bevegelsessignaler hos personer med epilepsi. Det utviklet seg snart til en enhet som tillot en person med innelåst syndrom for å kommunisere tankene sine ved hjelp av implantatet hjemme.

Det som er nytt er introduksjonen av AI. Noen algoritmer dekodet hjerneaktiviteten til vokale bevegelser - for eksempel posisjonen til tungen og formen på munnen - mens store språkmodeller, som de som driver ChatGPT, konstruerte setninger fra dataene. Selv om systemet kunne oversette hjernesignaler til tekst med omtrent 78 ord i minuttet, hadde omtrent en fjerdedel feil. Men ikke-verbal kommunikasjon gjorde opp for feilene: implantatet brukte ansiktsuttrykk for å animere en digital avatar, og ga pasientene enda en kommunikasjonsmåte.

Et vendepunkt

Hjerneimplantater er en type hjerne-maskin-grensesnitt. Tro mot navnet deres kobler disse enhetene hjernen til datamaskiner. Hvordan de bygger bro mellom de to er vidåpne for kreative løsninger.

De fleste systemer måler elektrisk aktivitet i hjernen og krever ofte kabler som kobler elektroder til datamaskiner som kan dekode nevral aktivitet.

Dette året en studie kutt ledningen med et trådløst implantat. Systemet består av fleksible kretskort i kornstørrelse drysset over hjernen som kan oppdage og midlertidig lagre endringer i aktivitet. Disse "nodene" overfører data trådløst til en hodetelefonformet mottaker, som behandler informasjonen, kontrollerer hjernestimulering via nodene og driver arrayet. Selv om systemet er trådløst, krever det fortsatt kirurgi for implantasjon.

Et alternativ? Enheter som fanger opp hjernens signaler uten kirurgi.

En studie brukte AI til å oversette data fra funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) – en ikke-invasiv teknikk – til "essensen" av en persons tanker. Teknologien oversetter ikke hjerneaktivitet til ord; i stedet fanger den opp ideer etter hvert som de utvikler seg, selv om de nøyaktige ordene går tapt i oversettelsen. En annen studie målt hjerneaktivitet med badehette-lignende hodeplagg innebygd med elektroder som sitter på hodebunnen. Mens en bruker stille leste setninger i tankene hans, oversatte capsen – ved hjelp av AI – hans "tanker" til tekst.

Andre enheter utforsker helt nye metoder for å koble maskin til hjerne - for eksempel med lys. En nylig studie kombinerte nevroner genetisk konstruert for å reagere på lys og fleksible prober som aktiverer disse nevronene med forskjellige farger av LED-lys. Kombinert med en vanlig teknologi som kontrollerer lysinnstillinger, kan enheten, med over tusen uavhengige LED-piksler, kontrollere aktiviteten til flere individuelle nevroner samtidig.

Hjerneceller er støyende. Den nye enheten hjalp til med å sortere gjennom kakofonien for å løse hjernekretsene som ligger til grunn for spesifikke mentale roller. Det aktiverte nevroner opptil fem millimeter dypt inne i en musehjerne - omtrent den tykkeste delen av den menneskelige cortex.

Paradigmeskifte

Hjerneimplantater er ikke tankelesemaskiner. Men etter hvert som teknologien utvikler seg, vil den sannsynligvis møte mange etiske landminer. En enhet som for eksempel kringkaster tanker som tekst, kan utilsiktet krenke personvernet.

FNs organisasjon for utdanning, vitenskap og kultur (UNESCO) ser allerede fremover. I sommer har de utgitt en blåkopi om nevroteknologi, som krever globale reguleringer og et etisk rammeverk mens hjerneimplantater suser mot en ukjent fremtid. Organisasjonen utviklet tidligere lignende retningslinjer for andre viktige gjennombrudd, for eksempel hvordan man bruker og deler menneskelige genetiske data og hvordan man kan utvikle AI for å forbedre samfunnet som helhet.

Hjerneimplantater har beveget seg raskt, men deres virkelige verktøy er så vidt i gang. Med transformativ kraft følger ansvar. En global samtale om tilgang, likhet, personvern og mer filosofisk, hva det vil si å være menneske, burde ikke være en ettertanke. Snarere kan det være like viktig som teknologien i seg selv når vi fortsetter inn i en epoke med cyborgs.

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

Tidstempel:

Mer fra Singularity Hub