Dobrodošli v dobi kiborgov: možganski vsadki so letos spremenili življenja

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

To leto je povzročilo neverjetno mešanico možganskih vsadkov, ki lahko snemajo, dekodirajo in spreminjajo možgansko aktivnost.

Sliši se kot déjà vu – vmesniki možgani-stroj so prav tako živeli brezplačno v moji glavi v lanski pregled, ampak z dobrim razlogom. Nevroznanstveniki izdelujejo vedno bolj sofisticirane in prilagodljive elektronske čipe, ki brezhibno povezujejo strojno inteligenco z našimi možgani in hrbtenjačo z rekordno hitrostjo. Kar je bilo prej znanstvena fantastika – na primer pomagati paraliziranim ljudem, da ponovno pridobijo sposobnost hoje, plavanja in kajaka – je zdaj resničnost.

Letos so možganski vsadki še bolj spremenili življenja ljudi. Ne tako skrivna omaka? AI.

En vsadek v hrbtenjači pacienta s Parkinsonovo boleznijo – ki počasi uničuje vrsto možganske celice za načrtovanje gibov – prevedel njegovo namero, da se premakne. Po desetletjih se je moški lahko spet z lahkoto sprehajal po cesti ob obali. Študija utira pot za ponovno vzpostavitev gibanja pri drugih možganskih motnjah, npr Lou Gehrigova bolezen, kjer nevronske povezave z mišicami počasi razpadajo, ali pri ljudeh s poškodbo možganov zaradi kapi.

Še eno sojenje uporabil električno stimulacijo za krepitev kratkoročnega spomina pri ljudeh, ki živijo s travmatskimi poškodbami možganov. Skrbno časovno razporejeni zapsi so povečali razpon pozornosti desetletja po poškodbi, kar je udeležencem omogočilo, da žonglirajo z več vsakodnevnimi opravili in se ukvarjajo s hobiji, kot je branje.

Možganski vsadki so uspevali tudi kot diagnostična orodja. Ena študija uporabil vsadke za dekodiranje vzorcev možganskih valov, povezanih z depresijo, in za morebitno napoved ponovitve. Študija je razvozlala, kako se možganski signali razlikujejo med zdravimi in depresivnimi možgani, kar bi lahko navdihnilo boljše algoritme za odvračanje možganske aktivnosti od depresije.

Morda pa je največji napredek dosegel dekodiranje govora – tehnologije, ki prevesti misli v besede in stavke. Te tehnologije podpirajo ljudi, ki so izgubili sposobnost govora, in jim dajejo alternativni način komuniciranja z ljubljenimi.

Tukaj so vrhunci iz leta 2023 iz nove generacije “branje možganov” vsadki.

Misli v besedilo

Govorimo s hitrostjo približno 150 besed na minuto. To je visoka lestvica za možganske vsadke.

Številne nevrološke motnje, kot so možganska kap, paraliza ali sindrom zaklenjenosti, človeka oropajo sposobnosti govora – tudi če je njegov um še vedno skladen. V začetku tega leta, Stanfordska ekipa je 67-letni ženski pomagala obnoviti govor z 62 besedami na minuto, kar je trikrat več kot pri prejšnjih vsadkih. Ženska je izgubila glas zaradi Lou Gehrigove bolezni, ki počasi zmanjšuje sposobnost možganov za nadzor mišic za govor, gibanje in sčasoma dihanje.

Študija je uporabila ogromno knjižnico besed za dekodiranje njenega govora iz dveh virov: električne aktivnosti v Brocinem območju, možganskega "jezikovnega centra" in iz mišic okoli njenih ust. Ti signali so bili vneseni v ponavljajočo se nevronsko mrežo – vrsto algoritma globokega učenja – za razlikovanje osnovnih elementov govora. V samo treh dneh je sistemu uspelo dekodirati ženske misli z rekordno hitrostjo – čeprav z napakami.

Drug sistem šlo eno bolje. Namesto uporabe elektrod, ki prodrejo v možgane, napravo, imenovano ECoG za elektrokortikografijo, sestavljajo majhne ploščate elektrode, nameščene na površini možganov za zajemanje električnih signalov. Še vedno ga je treba vsaditi pod lobanjo, vendar omejuje poškodbe občutljivih tkiv možganov. Vsaka elektroda, približno velika kot glava palčke, lahko posname visokokakovostne nevronske signale.

ECoG je bil prvič uporabljen na prelomu tega stoletja za snemanje govornih in gibalnih signalov pri ljudeh z epilepsijo. Kmalu razvila v napravo, ki je omogočala oseba s sindromom zaklenjenosti, da sporočajo svoje misli z uporabo vsadka doma.

Novost je uvedba AI. Nekateri algoritmi so dekodirali možgansko aktivnost glasovnih gibov – na primer položaj jezika in obliko ust –, medtem ko so veliki jezikovni modeli, kot so tisti, ki poganjajo ChatGPT, sestavljali stavke iz podatkov. Čeprav je sistem lahko prevedel možganske signale v besedilo s približno 78 besedami na minuto, je imela približno četrtina napake. Toda neverbalna komunikacija je nadomestila napake: vsadek je uporabil obrazno mimiko za animacijo digitalnega avatarja, kar je pacientom omogočilo še en način komunikacije.

Prelomna točka

Možganski vsadki so vrsta vmesnika možgani-stroj. V skladu s svojim imenom te naprave povezujejo možgane z računalniki. Kako premostita dvoje je široko odprta za ustvarjalne rešitve.

Večina sistemov meri električno aktivnost v možganih in pogosto zahteva kable, ki povezujejo elektrode z računalniki, ki lahko dekodirajo nevronsko aktivnost.

Letos študija prereži kabel z brezžičnim vsadkom. Sistem je sestavljen iz prožnih tiskanih vezij v velikosti zrna, posutih po možganih, ki lahko zaznajo in začasno shranijo spremembe v dejavnosti. Ta "vozlišča" brezžično prenašajo podatke v sprejemnik v obliki slušalk, ki obdeluje informacije, nadzoruje možgansko stimulacijo prek vozlišč in napaja niz. Čeprav je brezžičen, sistem še vedno zahteva operacijo za implantacijo.

Alternativa? Naprave, ki zajamejo možganske signale brez operacije.

Ena študija uporabil AI za prevajanje podatkov funkcionalnega slikanja z magnetno resonanco (fMRI) – neinvazivne tehnike – v »bistvo« človekovih misli. Tehnologija ne prevede možganske aktivnosti v besede; namesto tega zajame ideje, ko se razvijajo, čeprav se točne besede izgubijo v prevodu. Druga študija izmerili možgansko aktivnost s pokrivalom, podobnim plavalni kapi, z vdelanimi elektrodami, ki sedijo na lasišču. Ko je uporabnik v mislih tiho bral stavke, je pokrovček s pomočjo umetne inteligence prevedel njegove "misli" v besedilo.

Druge naprave raziskujejo povsem nove metode povezovanja stroja z možgani – na primer s svetlobo. Ena nedavna študija kombinirani nevroni, gensko spremenjeni za odziv na svetlobo, in fleksibilne sonde, ki aktivirajo te nevrone z različnimi barvami LED svetlobe. V kombinaciji s skupno tehnologijo, ki nadzoruje nastavitve svetlobe, bi lahko naprava z več kot tisoč neodvisnimi LED-piksli nadzorovala aktivnost več posameznih nevronov hkrati.

Možganske celice so hrupne. Nova naprava je pomagala razvozlati kakofonijo, da bi razrešili možganska vezja, ki so v ozadju določenih mentalnih vlog. Aktivirala je nevrone do pet milimetrov globoko v mišjih možganih – približno najdebelejši del človeške skorje.

Premik paradigme

Možganski vsadki niso stroji za branje misli. Ko pa se tehnologija razvija, bo verjetno naletela na številne etične mine. Naprava, ki oddaja misli kot besedilo, bi lahko na primer nenamerno posegla v zasebnost.

Organizacija Združenih narodov za izobraževanje, znanost in kulturo (UNESCO) že gleda naprej. To poletje so izdal načrt o nevrotehnologiji, ki zahteva globalne predpise in etični okvir, medtem ko možganski vsadki drvijo proti neznani prihodnosti. Organizacija je pred tem razvila podobne smernice za druge ključne dosežke, na primer, kako uporabljati in deliti človeške genetske podatke ter kako razviti AI za izboljšanje družbe kot celote.

Možganski vsadki se hitro premikajo, vendar se njihova uporabnost v resničnem svetu šele začenja. S transformativno močjo pride odgovornost. Globalni pogovor o dostopu, enakosti, zasebnosti in bolj filozofsko, kaj pomeni biti človek, ne bi smel biti naknadna misel. Namesto tega je lahko tako pomembna kot sama tehnologija, ko nadaljujemo v dobo kiborgov.

Kreditno slike: Jerry Tang/Martha Morales/Teksaška univerza v Austinu