Ласкаво просимо в епоху кіборгів: цього року мозкові імплантати змінили життя

Цього року з’явилася неймовірна суміш мозкових імплантатів, які можуть записувати, декодувати та змінювати мозкову активність.

Звучить як дежавю — інтерфейси мозок-машина також жили безкоштовно в моїй голові в підсумок минулого року, але з поважної причини. Нейробіологи створюють все більш складні та гнучкі електронні чіпи, які бездоганно інтегрують машинний інтелект з нашим мозком і спинним мозком із рекордною швидкістю. Те, що раніше було науковою фантастикою, наприклад, допомогти паралізованим людям відновити здатність ходити, плавати та кататися на байдарках, тепер стало реальністю.

Цього року імплантати мозку ще більше змінили життя людей. Не дуже секретний соус? ШІ.

Один імплант у спинному мозку пацієнта з хворобою Паркінсона, який повільно руйнує певний тип клітин мозку для планування рухів, передав його намір рухатися. Через десятиліття чоловік знову міг з легкістю прогулюватися узбережжям. Дослідження прокладає шлях до відновлення рухів при інших розладах мозку, наприклад Хвороба Лу Геріга, коли нейронні зв’язки з м’язами повільно розпадаються, або в людей із пошкодженням мозку внаслідок інсульту.

Черговий суд використовував електричну стимуляцію для посилення короткочасної пам’яті у людей, які живуть з черепно-мозковими травмами. Ретельно підібрані за часом замикання збільшували концентрацію уваги через десятиліття після травми, дозволяючи учасникам жонглювати кількома щоденними завданнями та займатися хобі, як-от читанням.

Мозкові імплантати також процвітали як інструменти діагностики. Одне дослідження використовували імплантати для декодування патернів мозкових хвиль, пов’язаних з депресією, і для потенційного прогнозування рецидиву. Дослідження розшифрувало, як мозкові сигнали відрізняються між здоровим і депресивним мозком, що могло б надихнути на кращі алгоритми, щоб відштовхнути мозкову діяльність від депресії.

Але, мабуть, найбільший прогрес був у розшифровці мови — технології, які перекладати думки в слова і речення. Ці технології підтримують людей, які втратили здатність говорити, надаючи їм альтернативний спосіб спілкування з близькими.

Ось основні моменти 2023 року з нового покоління “читання мізків” імплантати.

Думки до тексту

Ми говоримо зі швидкістю приблизно 150 слів на хвилину. Це висока планка для мозкових імплантатів.

Багато неврологічних розладів, таких як інсульт, параліч або синдром замкнутості, позбавляють людину здатності говорити, навіть якщо її розум все ще зв’язаний. На початку цього року, Стенфордська команда допомогла 67-річній жінці відновити її мову зі швидкістю 62 слова за хвилину, що в три рази перевищує швидкість, ніж у попередніх імплантатів. Жінка втратила голос через хворобу Лу Геріга, яка повільно руйнує здатність мозку контролювати м’язи для мови, рухів і, зрештою, дихання.

Дослідження використовувала величезну бібліотеку слів, щоб розшифрувати її мову з двох джерел: електричної активності в області Брока, «мовного центру» мозку та з м’язів навколо її рота. Ці сигнали подавали в рекурентну нейронну мережу — тип алгоритму глибокого навчання — для розрізнення основних елементів мови. Всього за три дні система змогла розшифрувати думки жінки з рекордною швидкістю, хоча й з помилками.

Інша система пішов краще. Замість використання електродів, які проникають у мозок, пристрій, який називається ECoG для електрокортикографії, складається з маленьких пластинчастих електродів, розміщених на поверхні мозку для захоплення електричних сигналів. Його все ще потрібно імплантувати під череп, але він обмежує пошкодження чутливих тканин мозку. Кожен електрод, розміром приблизно з головку ручки, може записувати високоякісні нейронні сигнали.

ECoG був вперше використано на рубежі цього століття для реєстрації мовних і рухових сигналів у людей з епілепсією. Невдовзі він перетворився на пристрій, який дозволяв особа із синдромом замкнутості, щоб висловлювати свої думки за допомогою імплантату вдома.

Що нового — це впровадження ШІ. Деякі алгоритми розшифровували мозкову активність голосових рухів, наприклад, положення язика та форму рота, тоді як великі мовні моделі, як-от ті, що працюють у ChatGPT, створювали речення з даних. Хоча система могла перетворювати сигнали мозку в текст зі швидкістю приблизно 78 слів на хвилину, приблизно чверть мала помилки. Але невербальне спілкування компенсувало помилки: імплантат використовував міміку, щоб анімувати цифровий аватар, надаючи пацієнтам ще один спосіб спілкування.

Поворотний момент

Мозкові імпланти – це тип інтерфейсу мозок-машина. Відповідно до своєї назви, ці пристрої пов’язують мозок із комп’ютерами. Як вони з'єднують два, широко відкриті для творчих рішень.

Більшість систем вимірюють електричну активність у мозку і часто потребують кабелів, які з’єднують електроди з комп’ютерами, які можуть декодувати нейронну активність.

У цьому році дослідження перерізати шнур бездротовим імплантатом. Система складається з гнучких друкованих плат розміром із зерно, розташованих по всьому мозку, які можуть виявляти та тимчасово зберігати зміни в активності. Ці «вузли» бездротово передають дані на приймач у формі навушників, який обробляє інформацію, контролює стимуляцію мозку через вузли та живить масив. Незважаючи на бездротовий зв’язок, для імплантації система все одно потребує операції.

Альтернатива? Пристрої, які вловлюють сигнали мозку без операції.

Одне дослідження використовував штучний інтелект, щоб перевести дані функціональної магнітно-резонансної томографії (фМРТ) — неінвазивний метод — у «суть» думок людини. Технологія не перетворює діяльність мозку на слова; замість цього він фіксує ідеї в міру їх розвитку, навіть якщо точні слова втрачаються під час перекладу. Інше дослідження виміряли мозкову активність за допомогою головного убору, схожого на плавальну шапочку, з вбудованими електродами, які сидять на шкірі голови. Коли користувач мовчки читав речення подумки, cap — за допомогою штучного інтелекту — перекладав його «думки» в текст.

Інші пристрої досліджують абсолютно нові методи підключення машини до мозку, наприклад, за допомогою світла. Одне недавнє дослідження комбіновані нейрони, створені за допомогою генної інженерії, щоб реагувати на світло, і гнучкі зонди, які активують ці нейрони світлодіодним світлом різних кольорів. У поєднанні із загальною технологією, яка контролює налаштування світла, пристрій із понад тисячею незалежних світлодіодних пікселів може контролювати активність кількох окремих нейронів одночасно.

Клітини мозку шумлять. Новий пристрій допоміг розібратися в какофонії, щоб розкрити мозкові схеми, що лежать в основі конкретних психічних ролей. Він активував нейрони до п’яти міліметрів усередині мозку миші — приблизно найтовстіша частина кори головного мозку людини.

Paradigm Shift

Мозкові імплантати – це не машини для читання думок. Але в міру того, як технологія розвивається, вона, ймовірно, зустрінеться з великою кількістю етичні наземні міни. Наприклад, пристрій, що транслює думки у вигляді тексту, може ненавмисно порушити конфіденційність.

Організація Об'єднаних Націй з питань освіти, науки і культури (ЮНЕСКО) вже дивиться вперед. Цього літа вони випустив проект про нейротехнології, закликаючи до глобальних правил і етичних рамок, оскільки імплантати мозку мчать у невідоме майбутнє. Раніше організація розробила подібні рекомендації для інших ключових проривів, наприклад, як використовувати та ділитися генетичними даними людини та як розробити ШІ для покращення суспільства в цілому.

Мозкові імплантати розвиваються швидко, але їхнє використання в реальному світі тільки починається. Із змінною силою приходить відповідальність. Глобальна розмова про доступ, рівність, конфіденційність і з філософського погляду на те, що означає бути людиною, не повинна залишатися позаду. Швидше, це може бути таким же важливим, як і сама технологія, оскільки ми продовжуємо переходити в епоху кіборгів.

Зображення Фото: Джеррі Танг/Марта Моралес/Техаський університет в Остіні

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://singularityhub.com/2023/12/29/welcome-to-the-cyborg-era-brain-implants-transformed-lives-this-year/