Witamy w erze cyborgów: implanty mózgu zmieniły życie w tym roku

W tym roku powstała niesamowita mieszanka implantów mózgowych, które mogą rejestrować, dekodować i zmieniać aktywność mózgu.

To brzmi jak déjà vu – interfejsy mózg-maszyna również żyły w mojej głowie za darmo podsumowanie ubiegłorocznego, ale nie bez powodu. Neurolodzy budują coraz bardziej wyrafinowane i elastyczne chipy elektroniczne, które z rekordową szybkością płynnie integrują inteligencję maszyn z naszymi mózgami i rdzeniami kręgowymi. To, co wcześniej było science fiction — na przykład pomaganie sparaliżowanym ludziom w odzyskaniu zdolności chodzenia, pływania i pływania kajakiem — stało się teraz rzeczywistością.

W tym roku implanty mózgowe jeszcze bardziej zmieniły życie ludzi. Niezbyt tajny sos? sztuczna inteligencja

Jeden implant w rdzeniu kręgowym pacjenta z chorobą Parkinsona – która powoli niszczy rodzaj komórek mózgowych odpowiedzialnych za planowanie ruchów – przełożyła się na jego zamiar poruszania się. Po kilkudziesięciu latach mężczyzna znów mógł z łatwością spacerować przy plaży. Badanie toruje drogę do przywrócenia ruchu w przypadku innych zaburzeń mózgu, np choroba Lou Gehriga, gdzie połączenia nerwowe z mięśniami powoli zanikają, lub u osób z uszkodzeniem mózgu w wyniku udaru.

Kolejna próba wykorzystali stymulację elektryczną w celu pobudzenia pamięci krótkotrwałej u osób cierpiących na urazowe uszkodzenia mózgu. Starannie zaplanowane ćwiczenia wydłużyły czas skupienia uwagi dziesiątki lat po urazie, umożliwiając uczestnikom godzenie wielu codziennych zadań i realizowanie hobby, takich jak czytanie.

Implanty mózgowe doskonale sprawdzały się także jako narzędzia diagnostyczne. Jedno badanie wykorzystali implanty do dekodowania wzorców fal mózgowych związanych z depresją i potencjalnego przewidywania nawrotu. W badaniu odkryto, w jaki sposób sygnały mózgowe różnią się między mózgiem zdrowym a mózgiem z depresją, co może zainspirować do opracowania lepszych algorytmów do odwracania aktywności mózgu od depresji.

Ale być może największy postęp nastąpił w dekodowaniu mowy – w technologiach przekładać myśli na słowa i zdania. Technologie te wspierają osoby, które utraciły zdolność mówienia, dając im alternatywny sposób komunikowania się z bliskimi.

Oto najważniejsze wydarzenia z 2023 r. z nowej generacji „czytanie w mózguimplanty.

Myśli na tekst

Mówimy w tempie około 150 słów na minutę. To wysoka poprzeczka dla implantów mózgowych.

Wiele zaburzeń neurologicznych, takich jak udar, paraliż czy zespół zamknięcia, pozbawia osobę możliwości mówienia — nawet jeśli jej umysł jest nadal spójny. Na początku tego roku Zespół ze Stanford pomógł 67-letniej kobiecie przywrócić mowę z szybkością 62 słów na minutę, ponad trzykrotnie większą niż w przypadku poprzednich implantów. Kobieta straciła głos z powodu choroby Lou Gehriga, która powoli osłabia zdolność mózgu do kontrolowania mięśni odpowiedzialnych za mowę, ruch i ostatecznie oddychanie.

Badania wykorzystała ogromną bibliotekę słów do odszyfrowania swojej mowy z dwóch źródeł: aktywności elektrycznej w obszarze Broki, „ośrodka językowego” mózgu oraz z mięśni wokół ust. Sygnały te zostały wprowadzone do rekurencyjnej sieci neuronowej – rodzaju algorytmu głębokiego uczenia się – w celu rozróżnienia podstawowych elementów mowy. W ciągu zaledwie trzech dni system był w stanie odszyfrować myśli kobiety z rekordową szybkością – choć z błędami.

Inny system poszło o jedno lepiej. Zamiast używać elektrod wnikających do mózgu, urządzenie – zwane ECoG od elektrokortykografii – składa się z małych elektrod w kształcie płytek umieszczonych na powierzchni mózgu w celu wychwytywania sygnałów elektrycznych. Nadal wymaga wszczepienia pod czaszką, ale ogranicza uszkodzenie wrażliwych tkanek mózgu. Każda elektroda, mniej więcej wielkości główki pinezki, może rejestrować wysokiej jakości sygnały neuronowe.

ECoG było po raz pierwszy użyty na przełomie XIX i XX wieku w celu rejestracji sygnałów mowy i ruchu u osób chorych na padaczkę. Wkrótce rozwinęło się w urządzenie, które to umożliwiło osoba z zespołem zamknięcia, aby móc komunikować swoje myśli za pomocą implantu w domu.

Nowością jest wprowadzenie sztucznej inteligencji. Niektóre algorytmy dekodowały aktywność mózgu związaną z ruchami wokalnymi – na przykład położenie języka i kształt ust – podczas gdy duże modele językowe, takie jak te obsługujące ChatGPT, konstruowały zdania na podstawie danych. Chociaż system był w stanie przetłumaczyć sygnały mózgowe na tekst z szybkością około 78 słów na minutę, mniej więcej w jednej czwartej wystąpiły błędy. Jednak komunikacja niewerbalna nadrobiła błędy: implant wykorzystywał mimikę twarzy do animowania cyfrowego awatara, zapewniając pacjentom kolejny sposób komunikacji.

Punkt zwrotny

Implanty mózgowe to rodzaj interfejsu mózg-maszyna. Zgodnie ze swoją nazwą urządzenia te łączą mózg z komputerami. W jaki sposób łączą te dwa elementy, jest szeroko otwarta na kreatywne rozwiązania.

Większość systemów mierzy aktywność elektryczną mózgu i często wymaga kabli łączących elektrody z komputerami, które mogą dekodować aktywność neuronową.

W tym roku, badanie przetnij pępowinę za pomocą bezprzewodowego implantu. System składa się z elastycznych płytek drukowanych wielkości ziarna rozmieszczonych w mózgu, które mogą wykrywać i tymczasowo przechowywać zmiany w aktywności. Te „węzły” bezprzewodowo przesyłają dane do odbiornika w kształcie słuchawek, który przetwarza informacje, kontroluje stymulację mózgu za pośrednictwem węzłów i zasila układ. Chociaż system jest bezprzewodowy, nadal wymaga operacji w celu wszczepienia.

Alternatywa? Urządzenia przechwytujące sygnały mózgowe bez operacji.

Jedno badanie wykorzystał sztuczną inteligencję do przełożenia danych z funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) – techniki nieinwazyjnej – na „istotę” myśli danej osoby. Technologia ta nie przekłada aktywności mózgu na słowa; zamiast tego rejestruje pomysły w miarę ich ewolucji, nawet jeśli dokładne słowa zaginęły w tłumaczeniu. W innym badaniu zmierzyli aktywność mózgu za pomocą nakrycia głowy przypominającego czepek kąpielowy z elektrodami umieszczonymi na skórze głowy. Gdy użytkownik po cichu czytał zdania w jego umyśle, czapka – przy pomocy sztucznej inteligencji – tłumaczyła jego „myśli” na tekst.

Inne urządzenia badają zupełnie nowe metody łączenia maszyny z mózgiem – na przykład za pomocą światła. Jedno ostatnie badanie połączone neurony genetycznie zmodyfikowane tak, aby reagowały na światło i elastyczne sondy, które aktywują te neurony różnymi kolorami światła LED. W połączeniu ze wspólną technologią kontrolującą ustawienia oświetlenia, urządzenie z ponad tysiącem niezależnych pikseli LED może kontrolować aktywność wielu pojedynczych neuronów jednocześnie.

Komórki mózgowe są hałaśliwe. Nowe urządzenie pomogło uporządkować kakofonię i rozwiązać obwody mózgowe odpowiadające konkretnym rolom mentalnym. Aktywował neurony do pięciu milimetrów głęboko w mózgu myszy – mniej więcej najgrubsza część kory ludzkiej.

Zmiana paradygmatu

Implanty mózgowe nie są maszynami czytającymi w myślach. Jednak w miarę rozwoju technologii prawdopodobnie spotka się ich wiele miny etyczne. Na przykład urządzenie przesyłające myśli w formie tekstu może nieumyślnie naruszyć prywatność.

Organizacja Narodów Zjednoczonych ds. Oświaty, Nauki i Kultury (UNESCO) już patrzy w przyszłość. Tego lata oni wydał plan w sprawie neurotechnologii, wzywając do wprowadzenia globalnych regulacji i ram etycznych, podczas gdy implanty mózgowe pędzą w nieznaną przyszłość. Organizacja opracowała wcześniej podobne wytyczne dotyczące innych kluczowych przełomów, takich jak wykorzystanie i udostępnianie ludzkich danych genetycznych oraz rozwój sztucznej inteligencji w celu ulepszenia społeczeństwa jako całości.

Implanty mózgowe szybko się rozwijają, ale ich użyteczność w świecie rzeczywistym dopiero się zaczyna. Z mocą przemieniającą wiąże się odpowiedzialność. Globalna dyskusja na temat dostępu, równości, prywatności i, bardziej filozoficznie, co to znaczy być człowiekiem, nie powinna być refleksją. Raczej może być równie ważna jak sama technologia, gdy wkroczymy w erę cyborgów.

Kredytowych Image: Jerry Tang/Martha Morales/The University of Texas w Austin

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://singularityhub.com/2023/12/29/welcome-to-the-cyborg-era-brain-implants-transformed-lives-this-year/