Bine ați venit în era Cyborg: implanturile cerebrale au transformat vieți anul acesta

Anul acesta a dat naștere unui amestec incredibil de implanturi cerebrale care pot înregistra, decoda și modifica activitatea creierului.

Sună ca un déjà vu – interfețele creier-mașină trăiau, de asemenea, fără chirie în capul meu rezumatul de anul trecut, dar din motive întemeiate. Oamenii în neuroștiință construiesc cipuri electronice din ce în ce mai sofisticate și mai flexibile, care integrează perfect inteligența mașinii cu creierul și măduva spinării noastre cu o viteză record. Ceea ce înainte era science-fiction - de exemplu, ajutarea persoanelor paralizate să-și recapete capacitatea de a merge, înota și face caiacul - este acum realitate.

Anul acesta, implanturile pe creier au transformat și mai mult viața oamenilor. Sosul nu atât de secret? AI.

Un singur implant în măduva spinării unui pacient cu boala Parkinson – care distruge încet un tip de celulă cerebrală pentru planificarea mișcărilor – și-a tradus intenția de a se mișca. După zeci de ani, bărbatul a putut din nou să se plimbe cu ușurință pe un drum de lângă plajă. Studiul deschide calea pentru restabilirea mișcării în alte tulburări ale creierului, cum ar fi Boala lui Lou Gehrig, unde conexiunile neuronale cu mușchii se dezintegrează lent sau la persoanele cu leziuni cerebrale din cauza accidentului vascular cerebral.

Un alt proces a folosit stimularea electrică pentru a stimula memoria pe termen scurt la persoanele care trăiesc cu leziuni cerebrale traumatice. Zapurile atent cronometrate au sporit atenția la zeci de ani de la accidentare, permițând participanților să jongleze cu mai multe sarcini de zi cu zi și să urmărească hobby-uri precum lectura.

Implanturile cerebrale au prosperat și ca instrumente de diagnostic. Un studiu au folosit implanturi pentru a decoda tiparele undelor cerebrale asociate cu depresia și pentru a putea prezice recidiva. Studiul a descifrat modul în care semnalele creierului diferă între un creier sănătos și cel deprimat, ceea ce ar putea inspira algoritmi mai buni pentru a îndepărta activitatea creierului de depresie.

Dar poate cel mai mare progres a fost în decodarea vorbirii – tehnologii care traduce gândurile în cuvinte și propoziții. Aceste tehnologii sprijină persoanele care și-au pierdut capacitatea de a vorbi, oferindu-le o modalitate alternativă de a comunica cu cei dragi.

Iată cele mai importante momente din 2023 de la o nouă generație de „citirea creierului” implanturi.

Gânduri la Text

Vorbim cu o rată de aproximativ 150 de cuvinte pe minut. Este un standard ridicat pentru implanturile pe creier.

Multe tulburări neurologice, cum ar fi accidentul vascular cerebral, paralizia sau sindromul de blocare, îi fură unei persoane capacitatea de a vorbi – chiar dacă mintea îi este încă coerentă. La începutul acestui an, o echipă din Stanford a ajutat o femeie de 67 de ani să-și restabilească vorbirea cu 62 de cuvinte pe minut, de peste trei ori viteza implanturilor anterioare. Femeia și-a pierdut vocea din cauza bolii lui Lou Gehrig, care erodează încet capacitatea creierului de a controla mușchii pentru vorbire, mișcare și, în cele din urmă, respirație.

Studiul a folosit o bibliotecă masivă de cuvinte pentru a-și decoda vorbirea din două surse: activitatea electrică din zona lui Broca, „centrul limbajului” al creierului și din mușchii din jurul gurii ei. Aceste semnale au fost introduse într-o rețea neuronală recurentă – un tip de algoritm de învățare profundă – pentru a distinge elementele de bază ale vorbirii. În doar trei zile, sistemul a reușit să decodeze gândurile femeii cu o viteză record, deși cu erori.

Un alt sistem a mers unul mai bine. În loc să folosească electrozi care pătrund în creier, dispozitivul - numit ECoG pentru electrocorticografie - constă din electrozi mici, asemănătoare unei plăci, plasați pe suprafața creierului pentru a capta semnale electrice. Încă trebuie să fie implantat sub craniu, dar limitează deteriorarea țesuturilor sensibile ale creierului. Fiecare electrod, de dimensiunea aproximativă a capului unei chinșe, poate înregistra semnale neuronale de înaltă calitate.

ECoG a fost folosit pentru prima dată la începutul acestui secol pentru a înregistra semnalele de vorbire și mișcare la persoanele cu epilepsie. Curând s-a dezvoltat într-un dispozitiv care a permis o persoana cu sindromul blocat pentru a-și comunica gândurile folosind implantul acasă.

Ceea ce este nou este introducerea AI. Unii algoritmi au decodat activitatea creierului a mișcărilor vocale - de exemplu, poziția limbii și forma gurii - în timp ce modele mari de limbaj, cum ar fi cele care alimentează ChatGPT, construiau propoziții din date. Deși sistemul putea traduce semnalele creierului în text cu aproximativ 78 de cuvinte pe minut, aproximativ un sfert au avut erori. Dar comunicarea non-verbală a compensat greșelile: implantul a folosit expresii faciale pentru a anima un avatar digital, oferind pacienților încă un mod de comunicare.

Un punct de cotitură

Implanturile cerebrale sunt un tip de interfață creier-mașină. Fidele numelui lor, aceste dispozitive leagă creierul de computere. Cum ele pun în legătură cele două este larg deschisă către soluții creative.

Majoritatea sistemelor măsoară activitatea electrică din creier și necesită adesea cabluri care leagă electrozii de computere care pot decoda activitatea neuronală.

Anul acesta, un studiu tăiați cordonul cu un implant fără fir. Sistemul constă din plăci de circuite flexibile, de mărimea granulelor, presărate pe tot creierul, care pot detecta și stoca temporar modificările activității. Aceste „noduri” transmit fără fir date către un receptor în formă de căști, care procesează informațiile, controlează stimularea creierului prin intermediul nodurilor și alimentează matricea. Deși wireless, sistemul necesită totuși o intervenție chirurgicală pentru implantare.

O alternativa? Dispozitive care captează semnalele creierului fără intervenție chirurgicală.

Un studiu a folosit AI pentru a traduce datele imagistice prin rezonanță magnetică funcțională (fMRI) - o tehnică neinvazivă - în „esenta” gândurilor unei persoane. Tehnologia nu traduce activitatea creierului în cuvinte; în schimb, captează ideile pe măsură ce evoluează, chiar dacă cuvintele exacte se pierd în traducere. Un alt studiu Activitatea creierului măsurată cu o cască asemănătoare cu o cască de înot încorporată cu electrozi care se așează pe scalp. În timp ce un utilizator citea în tăcere propoziții în minte, capacul - cu ajutorul AI - și-a tradus „gândurile” în text.

Alte dispozitive explorează metode complet noi de conectare a mașinii la creier, de exemplu, cu lumină. Un studiu recent neuroni combinați modificați genetic pentru a răspunde la lumină și sonde flexibile care activează acești neuroni cu diferite culori de lumină LED. Combinat cu o tehnologie comună care controlează setările luminii, dispozitivul, cu peste o mie de pixeli LED independenți, ar putea controla activitatea mai multor neuroni individuali simultan.

Celulele creierului sunt zgomotoase. Noul dispozitiv a ajutat la sortarea cacofoniei pentru a rezolva circuitele creierului care stau la baza unor roluri mentale specifice. A activat neuroni la o adâncime de până la cinci milimetri în interiorul creierului unui șoarece - aproximativ partea cea mai groasă a cortexului uman.

Schimbare de paradigmă

Implanturile cerebrale nu sunt mașini de citire a minții. Dar, pe măsură ce tehnologia evoluează, este posibil să întâlnească numeroase minele terestre etice. Un dispozitiv care transmite gânduri ca text, de exemplu, ar putea încălca din neatenție confidențialitatea.

Organizația Națiunilor Unite pentru Educație, Știință și Cultură (UNESCO) privește deja în viitor. Vara aceasta, ei a lansat un plan pe neurotehnologie, solicitând reglementări globale și un cadru etic, deoarece implanturile cerebrale se îndreaptă spre un viitor necunoscut. Organizația a dezvoltat anterior linii directoare similare pentru alte descoperiri cheie, cum ar fi modul de utilizare și schimb de date genetice umane și modul de dezvoltare a inteligenței artificiale pentru a îmbunătăți societatea în ansamblu.

Implanturile cerebrale s-au mișcat rapid, dar utilitatea lor în lumea reală abia începe. Cu puterea transformatoare vine și responsabilitatea. O conversație globală despre acces, egalitate, confidențialitate și, mai filozofic, ce înseamnă să fii om nu ar trebui să fie o idee ulterioară. Mai degrabă, poate fi la fel de important ca tehnologia în sine, pe măsură ce continuăm într-o eră a cyborgilor.

Credit imagine: Jerry Tang/Martha Morales/Universitatea din Texas din Austin

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://singularityhub.com/2023/12/29/welcome-to-the-cyborg-era-brain-implants-transformed-lives-this-year/