Wprowadzenie Neurotechnologii na Nowe Terytorium

5 wrzesień 2018

Dzięki nowej technologii interfejsu relacja człowiek-maszyna pogłębia się – Justin Sanchez i Robbin Miranda

W laboratorium na Uniwersytecie w Utah wirtualna dłoń Douga wyciągnęła się i dotknęła wirtualnych drzwi na zaledwie sekundę, po czym szybko ją cofnął. Kilka chwil później ponownie wyciągnął swoje wirtualne palce i przejechał nimi po symulowanym usłojeniu powierzchni drzwi.

“Właśnie poczułem te drzwi” – powiedział Doug z westchnieniem. “Ale super.”

Doug jest jedną z pierwszych osób, które namacalnie weszły w interakcję z wirtualnym światem, używając swojego umysłu do kierowania awatarem w wirtualnej przestrzeni i czując symulowany kontakt tego wirtualnego wcielenia bezpośrednio w swoim mózgu. Dla Douga było to tak, jakby jego własna ręka dotknęła prawdziwych drewnianych drzwi.

Jeszcze bardziej zdumiewające jest to, że Doug nie ma lewej dłoni i części lewego ramienia z powodu wypadku, który miał miejsce dawno temu. Ćwierć wieku później, jako ochotnik biorący udział w programie DARPA Hand Proprioception and Touch Interfaces – o nazwie HAPTIX – Doug poczuł prawdziwe wrażenia dotykowe.

Doug jest jednym z pierwszych testerów wszczepionego interfejsu nerwów obwodowych. Kiedy wyobraża sobie, że porusza brakującym ramieniem i dłonią, sygnały z jego mózgu docierają do nerwów obwodowych i mięśni jego pozostałej kończyny. Interfejs odczytuje neuronowe sygnały planowania ruchu Douga, a następnie wykorzystuje zestaw algorytmów, dzięki którym interfejs “uczy się” przekładać sygnały na zestaw elementów sterujących ruchem, które komputer przekazuje do wirtualnej ręki.

Interfejs ten wykracza poza poprzednie systemy jednokierunkowe, które umożliwiały Dougowi poruszanie wirtualną lub nawet fizyczną protezą kończyny za pomocą samej myśli, ponieważ w tych systemach nie mógł on otrzymywać dotykowych informacji zwrotnych. Program HAPTIX zamknął tę pętlę i umożliwił użytkownikom protez kończyn górnych odzyskanie dotykowych wrażeń nacisku i tekstury. Naukowcy z programu HAPTIX udoskonalają teraz wrażenia użytkownika, zapewniając mu bardziej zniuansowane doznania. Badania te mogą okazać się przełomowe dla osób po amputacjach, a w miarę udoskonalania systemu mogą również zapewnić osobom sprawnym możliwość angażowania się w maszyny i przestrzenie wirtualne na niespotykane dotąd sposoby.

Jak ważny jest dotyk? Wyobraź sobie, że próbujesz użyć protezy ręki do obsługi delikatnej żarówki, wywierając wystarczający nacisk i finezję, aby wkręcić ją do gniazdka, ale nie tak mocny, aby ją zgnieść. Bez dotykowego sprzężenia zwrotnego użytkownik protezy kończyny musi polegać wyłącznie na informacjach wizualnych, które są słabym sposobem pomiaru siły, aby wejść w interakcję z obiektem zewnętrznym. Dzięki haptycznemu sprzężeniu zwrotnemu ktoś taki jak Doug może manipulować przedmiotami i poruszać się pewniej i teoretycznie mógłby wykonywać zadania w ciemności lub z zamkniętymi oczami.

Pewien mężczyzna o imieniu Nathan udowodnił, że to prawda. Nathan został sparaliżowany w wypadku samochodowym w 2004 roku. Od tego czasu żył z upośledzoną sygnalizacją między mózgiem a obwodowym układem nerwowym, deficytem, który wykluczał kandydaturę na interfejs nerwów obwodowych. Dwanaście lat po urazie Nathan skorzystał z okazji i zgłosił się na ochotnika do wszczepienia bezpośredniego interfejsu do centralnego układu nerwowego. Obecnie uczestniczy w programie DARPA Revolutionizing Prosthetics, pomagając badaczom testować technologię złożonej kontroli sensoryczno-motorycznej protez kończyn i innych urządzeń.

Dzięki elektrodom umieszczonym na jego korze ruchowej i somatosensorycznej – obszarach mózgu, które kontrolują ruch i odczuwanie dotyku – Nathan może kontrolować protetyczne ramię za pomocą samych myśli i może czuć, czego dotyka ramię za pomocą sygnałów z czujników osadzonych na protetycznych palcach. Technologia ta jest obecnie na tyle precyzyjna, że Nathan jest w stanie odróżnić kontakt z poszczególnymi palcami. Podczas eksperymentów przeprowadzonych w 2016 roku w Centrum Medycznym Uniwersytetu w Pittsburghu, Nathan z zawiązanymi oczami prawidłowo zidentyfikował, które palce na protetycznym ramieniu były naciskane przez badacza, a nawet mógł stwierdzić, kiedy badacz zaangażował dwa palce jednocześnie.

“Czasami jest to odczucie elektryczne, a czasami jest to nacisk, ale w większości przypadków mogę określić większość palców z określoną precyzją” – powiedział Nathan reporterowi Washington Post w artykule z 13 października 2016 roku. “Czuję, jakby moje palce były dotykane lub popychane”.

Koncepcja “interakcji człowiek-komputer” zaczęła krążyć w Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Obrony USA [DARPA] w 1960 roku, kiedy informatyk J.C.R. Licklider opublikował swoją wizję tego, jak komputery mogą pewnego dnia zwiększyć ludzkie umiejętności. Jako dyrektor Biura Technik Przetwarzania Informacji agencji, Licklider kierował rozwojem zestawu technologii do wizualizacji, przetwarzania, udostępniania i interakcji z informacjami. Opierając się na założeniu, że ludzie i komputery mogą mieć symbiotyczną relację, która tworzy sumę większą niż jej części, technologie te ostatecznie stworzyły podstawy dzisiejszego Internetu i komputerów osobistych.

W latach 70. wizja Licklidera zainspirowała pierwsze badania DARPA nad interakcjami człowiek-maszyna, ułatwionymi dzięki bezpośrednim interfejsom neuronowym. Wczesny zestaw eksperymentów badał, jak dobrze nieinwazyjne czujniki mogą mierzyć reakcje na bodźce sensoryczne doświadczane podczas wykonywania zadań. W tamtym czasie nie istniała jeszcze technologia umożliwiająca znaczącą interakcję z mózgiem, więc wyniki badań były marginalne. Sytuacja ta zaczęła się jednak zmieniać pod koniec lat 90. wraz z nagromadzeniem postępów w systemach informatycznych, materiałoznawstwie i czujnikach do badania struktury i funkcji mózgu na nowym poziomie szczegółowości.

Na początku XXI wieku DARPA zaczęła intensywnie inwestować w neurotechnologię. Agencja ustanowiła program Brain-Machine Interfaces [interfejsy mózg-maszyna], aby rejestrować wzorce aktywności neuronalnej w modelach zwierzęcych i dekodować stany neuronalne związane z tworzeniem pamięci, percepcją sensoryczną i intencjami motorycznymi.

Kiedy badania przeniosły się na ludzi, krytyczna okazała się możliwość bezpośredniego obserwowania przez użytkownika danych wyjściowych dekodera neuronowego w postaci poruszającego się kursora lub ramienia robota. Ta wizualna informacja zwrotna pozwoliła mózgowi użytkownika dostosować się – zasadniczo zmieniając jego własną funkcję, aby pomóc dekoderowi neuronowemu w wykonaniu zadania. Późniejszy rozwój bardziej zaawansowanych dekoderów otworzył drogę do iteracyjnej koadaptacji między algorytmami systemu a aktywnością neuronową użytkownika, co jeszcze bardziej przyspieszyło kontrolę ruchu opartą na umyśle użytkownika. Obecnie naukowcy oczekują, że dodatkowa zdolność do przekazywania niemal naturalnych wrażeń dotykowych jeszcze bardziej poprawi uczenie się oparte na sprzężeniu zwrotnym.

DARPA zainwestowała ponad 500 milionów dolarów na wsparcie White House Brain Initiative [Inicjatywy Białego Domu na rzecz Mózgu] od czasu jej ogłoszenia w 2013 roku. Ta federalna inwestycja przyspieszyła rozwój innowacyjnych neurotechnologii, które mogą poprawić ludzkie zdrowie i zmienić sposób, w jaki ludzie żyją, pracują i bawią się. Wśród przełomowych osiągnięć zrealizowanych dzięki finansowaniu DARPA było opracowanie metody CLARITY przez naukowców z Uniwersytetu Stanforda, która pozwala na badanie nienaruszonej tkanki mózgowej w bogatych, trójwymiarowych szczegółach i umożliwia lepsze zrozumienie działania procesów zachodzących w mózgu.

Podczas badań na ludziach prowadzonych w ramach programów HAPTIX i Revolutionizing Prosthetics, uczestnicy badania byli tak bardzo zaangażowani w pracę, że faktycznie stali się częścią zespołu badawczego. Ta dynamika umożliwiła dostosowanie działania systemu do potrzeb i życzeń uczestnika. Na przykład Jan[ina], kobieta żyjąca z porażeniem czterokończynowym, szybko osiągnęła cel, jakim było nakarmienie się batonem czekoladowym za pomocą protezy ramienia kontrolowanej przez bezpośredni interfejs do jej centralnego układu nerwowego. Następnie Jan[ina] postanowiła wyjść poza ramy wózka inwalidzkiego i wejść do symulowanego kokpitu. Pomimo niezdolności do poruszania się od szyi w dół, Jan[ina] wykorzystała swój interfejs neuronowy do latania wirtualnym samolotem, po prostu patrząc na samolot na monitorze i wizualizując go poruszającego się w tym lub innym kierunku.

“Mogłam podnosić nos samolotu w górę i w dół. Następnie mogłam przechylać go w prawo lub w lewo” – wyjaśniła Jan[ina]. “Tak szybko zatraciłam się w tym świecie, ponieważ byłam w chmurach i leciałem. I byłam poza moim fotelem. Byłam poza moim sponiewieranym ciałem. Latałam!”

Nathan również był w stanie rozszerzyć swoje możliwości. Dodanie większej liczby czujników do jego protezy ramienia i dłoni umożliwiło mu wykrywanie sygnałów podczerwieni (IR). Nathan używał sygnałów mózgowych do przesuwania ręki po powierzchni, która emitowała niewidzialne sygnały podczerwieni tylko w określonym miejscu. Gdy proteza przekroczyła cel, czujniki przekształciły sygnał IR w impulsy elektryczne dostarczane do kory somatosensorycznej Nathana, umożliwiając mu “odczuwanie” promieniowania podczerwonego. Nathan zgłosił natychmiastową, podobną do dotyku percepcję pola IR. Nadal nie wiadomo, czy mózgi użytkowników, po długotrwałym korzystaniu z dwukierunkowego interfejsu z nowymi czujnikami, takimi jak te na podczerwień, dostosują się do nowego rodzaju danych wejściowych i ostatecznie doświadczą “szóstego zmysłu” w nowy sposób.

Ruch protetyczny i czucie są obecnie najlepiej zbadanymi zastosowaniami interfejsów neuronowych. Poprzez program Neural Engineering System Design (NESD), DARPA rozszerzyła nawet swoje aspiracje na ulepszenia takich systemów o wyższej rozdzielczości, aby potencjalnie przywrócić słuch i wzrok osobom z deficytami sensorycznymi. Co więcej, pogląd agencji na funkcjonowanie człowieka wykracza poza domeny motoryczne i sensoryczne i obejmuje również sferę funkcji poznawczych. Dlatego też Biuro Technologii Biologicznych DARPA postanowiło zbadać, czy wszczepione interfejsy neuronowe mogą być stosowane w leczeniu osób z zaburzeniami neuropsychiatrycznymi i zaburzeniami pamięci.

Wysiłki DARPA w zakresie leczenia dysfunkcji neuropsychiatrycznych rozpoczęły się w 2013 roku, wykorzystując dostępność urządzeń klinicznych do monitorowania aktywności mózgu, które zostały już zatwierdzone przez federalne organy regulacyjne. Badacze finansowani przez DARPA rekrutowali osoby z padaczką lub chorobą Parkinsona, którym w ramach leczenia klinicznego wszczepiano elektrody w różnych obszarach mózgu. Aż połowa tych pacjentów doświadcza również objawów takich jak lęk lub depresja, co czyni ich szczególnie odpowiednimi do badań DARPA.

Jedna z tych ochotniczek, Jane (imię zmienione w celu ochrony prywatności uczestniczki), wzięła udział w badaniu finansowanym w ramach programu Systems-Based Neurotechnology for Emerging Therapies (SUBNETS), podczas gdy była poddawana neurochirurgicznemu monitorowaniu padaczki na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco (UCSF). Oprócz padaczki, u Jane zdiagnozowano poważne zaburzenia depresyjne i chorobę afektywną dwubiegunową, a także objawy silnego lęku.

Zespół SUBNETS wyposażył Jane w nowy rodzaj terapeutycznego interfejsu neuronowego, który rejestruje aktywność neuronową pacjenta w połączonych podsieciach mózgu i dostarcza ukierunkowaną, korygującą mikrostymulację elektryczną zaprojektowaną w celu złagodzenia niezdrowej aktywności mózgu. Kiedy system dostarczył stymulację do podsieci mózgu Jane odpowiedzialnej za regulację jej emocji, zgłosiła ona: “Nagle… Mam trochę energii!”. Kiedy klinicysta zapytał ją, czy ten stan emocjonalny jest czymś, czego doświadczyłaby w dobry dzień, potwierdziła: “To jest normalna Jane”.

Pytanie to dotyczyło ważnego aspektu podejścia SUBNETS. Program nie dąży do interwencji mających na celu po prostu przestawienie przełącznika emocjonalnego ze smutku na szczęście, ale raczej do utrzymania zdrowej równowagi między stanami emocjonalnymi poprzez wykrywanie i modulowanie skrajności. Optymalna interwencja terapeutyczna uwolniłaby pacjenta z depresją od długotrwałego smutku lub apatii, ale nadal pozwoliłaby mu odczuwać normalny zakres emocji w odpowiedzi na doświadczenia, które zwykle wywołują negatywne uczucia u zdrowych osób.

Złożoność mózgu sprawia, że proces opracowywania takich interwencji jest szczególnie trudny. Stany neuropsychiatryczne są często związane z nieprawidłowymi stanami w wielu funkcjach poznawczych, takich jak regulacja emocji, skłonność do podejmowania ryzyka i elastyczność poznawcza, z których każda jest związana z odrębną podsiecią mózgu. Pacjenci mogą również znajdować się na przeciwległych krańcach spektrum tych schorzeń. W związku z tym klinicyści muszą dostosować interwencje do objawów pacjenta. Dlatego też DARPA wymagała, aby systemy SUBNETS jednocześnie rejestrowały z wielu miejsc w mózgu pacjenta i interpretowały sygnały neuronowe w czasie rzeczywistym w celu określenia konkretnych lokalizacji, parametrów i czasu interwencji terapeutycznych.

Pokrewne podejście otworzyło drogę do protez poznawczych o zamkniętej pętli, zaprojektowanych w celu ułatwienia tworzenia i przywoływania pamięci. Fundamentalne badania na gryzoniach, które rozpoczęły się na początku XXI wieku, prowadzone przez zespół badawczy z Wake Forest University, szybko przeniosły się na naczelne, a teraz na ludzi.

Celem było zidentyfikowanie wzorców aktywności neuronalnej, które przewidywały pomyślne tworzenie pamięci, a następnie wykorzystanie sztucznej stymulacji do odtworzenia tych wzorców w celu poprawy wyników podczas testów pamięci. Badania opierały się na algorytmach opracowanych przez partnerów badawczych z Uniwersytetu Południowej Kalifornii (USC), które charakteryzują sposób, w jaki neurony w hipokampie komunikują się ze sobą podczas wykonywania zadania. Algorytmy ujawniły wzorce kodów w aktywności neuronalnej, które odpowiadają pomyślnemu tworzeniu pamięci. Kiedy kody te zostały dostarczone do hipokampu podczas wykonywania zadania, naukowcy odkryli, że gryzonie działały z 15 do 20 procent większą dokładnością w porównaniu z próbami niestymulowanymi lub próbami, w których dostarczane były losowe wzorce stymulacji.

Zainspirowani tymi wynikami, naukowcy rozszerzyli swoją pracę na naczelne w ramach programu DARPA Restorative Encoding Memory Integration Neural Device (REMIND). Program REMIND trwał od 2009 do 2014 roku, przynosząc podobnie korzystne wyniki.

W 2013 roku nadszedł czas na przetestowanie tego podejścia na ludziach. Podobnie jak w przypadku SUBNETS, program Restoring Active Memory (RAM) działał szybko, rekrutując ochotników, którym wszczepiono już zatwierdzone klinicznie elektrody do monitorowania i leczenia nieuleczalnej padaczki. W wielu przypadkach pacjenci z padaczką doświadczają również deficytów pamięci w wyniku swojej choroby.

Kiedy zespół Wake Forest/USC zastosował swój model obliczeniowy i podejście do nagrywania i stymulacji w zamkniętej pętli u ochotników, stwierdził średnią poprawę wydajności o 35 procent lub więcej w przypadku pamięci krótkotrwałej i długotrwałej.

Oddzielny wysiłek badawczy finansowany przez Restoring Active Memory [RAM], prowadzony przez zespół z University of Pennsylvania, przyjął inne podejście do poprawy tworzenia pamięci. Zamiast skupiać się na aktywności pojedynczych neuronów w niewielkim obszarze mózgu, naukowcy rejestrowali aktywność elektryczną generowaną przez małe populacje neuronów w wielu regionach mózgu, zazwyczaj rejestrując do 200 miejsc jednocześnie. Ich celem było zidentyfikowanie stanu mózgu związanego z wysoką wydajnością pamięci i dostarczenie stymulacji w celu poprawy funkcji pamięci podczas kiepskich stanów mózgu. Zespół z University of Pennsylvania wykazał, że to podejście terapeutyczne w zamkniętej pętli może ułatwić uczestnikom tworzenie nowych wspomnień poprzez ciągłe monitorowanie aktywności mózgu i interweniowanie tylko wtedy, gdy jest to konieczne.

Jeśli badania się potwierdzą, takie technologie mogłyby znaleźć szerokie zastosowanie zarówno wśród osób zdrowych, chorych, jak i rannych. Jednak wymóg operacji w celu wszczepienia elektrod stanowi obecnie zbyt dużą przeszkodę dla wszystkich, z wyjątkiem osób o najpilniejszych potrzebach. Pozostawia to Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Obrony [DARPA] etycznie obciążoną pytaniem, w jaki sposób sprawić, by korzyści płynące z neurotechnologii były dostępne dla głównie sprawnych członków personelu [żołnierzy] Departamentu Obrony.

DARPA stworzyła program RAM Replay w 2015 roku w celu opracowania interwencji obejmujących nieinwazyjną stymulację przezczaszkową lub prezentację wskazówek sensorycznych podczas snu w celu przyspieszenia procesu odtwarzania neuronalnego związanego z udaną konsolidacją wspomnień. Wiele z tych podejść koncentrowało się na precyzyjnym dostosowaniu interwencji do określonych faz wolnofalowych oscylacji mózgu podczas snu, które są związane z okresami odtwarzania neuronalnego – to znaczy odtwarzania aktywności mózgu, która wystąpiła podczas początkowego doświadczenia uczenia się.

Na przykład, podczas eksperymentów prowadzonych przez Teledyne Scientific, uczestnikom prezentowano realistyczne dźwięki środowiskowe, podczas gdy uczyli się poruszać po wirtualnym mieście. Później, gdy uczestnicy drzemali, te same dźwięki były cicho odtwarzane tylko niektórym osobom podczas etapów snu charakteryzujących się oscylacjami mózgu w zakresie fal wolnych. Po drzemce uczestnicy, którzy otrzymali tę interwencję akustyczną – znaną jako ukierunkowana reaktywacja pamięci (targeted memory reactivation – TMR) – mogli poruszać się po wirtualnym mieście około 40 procent szybciej podczas kolejnych prób niż uczestnicy z grupy kontrolnej.

Poprzez program Targeted Neuroplasticity Training (TNT), który rozpoczął się w 2016 roku, DARPA inwestuje zarówno w wszczepialne, jak i nieinwazyjne interfejsy, aby poprawić wyniki treningu poprzez precyzyjnie ukierunkowaną i czasową stymulację nerwów obwodowych, które bezpośrednio modulują uwalnianie różnych neuroprzekaźników w mózgu. Poprzez te mechanizmy neurochemiczne, aktywność nerwów obwodowych może wpływać na zdolność neuronów do tworzenia nowych połączeń między sobą – proces zwany plastycznością synaptyczną – który ma kluczowe znaczenie dla uczenia się nowych umiejętności i zdobywania nowych wspomnień. Program TNT finansuje podstawowe badania na zwierzętach i ludziach w celu zbadania mechanizmów wpływu stymulacji nerwów obwodowych na plastyczność i wyniki treningu, a także długoterminowego bezpieczeństwa i skuteczności tego podejścia.

Zainspirowana zdolnością aktywności nerwów obwodowych do modulowania funkcji narządów i układu odpornościowego, DARPA stworzyła program Electrical Prescriptions (ElectRx) w 2014 roku, aby zbadać, w jaki sposób można zastosować stymulację nerwów w celu zachowania ludzkiego zdrowia i przyspieszenia powrotu do zdrowia. Badacze ElectRx opracowują nowe nieinwazyjne i wszczepialne urządzenia do wykrywania i modulacji aktywności nerwów obwodowych w pętli zamkniętej oraz tworzą mapy funkcjonalne, które łączą określone nerwy z reakcjami fizjologicznymi. Jeśli program zakończy się sukcesem, otworzy to drzwi do alternatywnych interwencji medycznych, które działają z dużo większą precyzją niż obecne podejścia farmaceutyczne i przy mniejszej liczbie skutków ubocznych.

Podobnie jak w przypadku wszystkich rozwijających się dyscyplin, postęp w neurotechnologii jest ograniczony przez dostępne narzędzia. W szczególności, wydajność interfejsu neuronowego jest ograniczona liczbą i rozdzielczością kanałów do rejestrowania i stymulowania nerwów i neuronów. Weźmy pod uwagę, że niezwykłe osiągnięcia opisane do tej pory zostały osiągnięte przy użyciu technologii, która angażuje do kilkuset neuronów jednocześnie. Co może być możliwe, gdy badacze będą mogli współpracować i interweniować z dużo większą liczbą neuronów i z większą precyzją w kontekście wykrywania, interpretowania i modulowania funkcji neuronalnych?

Program Neuro Function, Activity, Structure, and Technology (Neuro-FAST) tworzy całkowicie nowe podejścia optyczne do zapisywania i odczytywania informacji z określonych typów komórek w mózgu, z których każdy odgrywa odrębną rolę w mechanizmach biologicznych leżących u podstaw funkcji behawioralnych i poznawczych. Zamiast polegać na elektrodach i stymulacji elektrycznej, interwencje oparte na Neuro-FAST wykorzystują światło do rejestrowania i kontrolowania aktywności komórek z precyzją pojedynczego neuronu. Ta “optogenetyczna” technologia została już zademonstrowana na zwierzętach i jest przeznaczona do badań na ludziach.

Wspomniany wyżej program NESD finansuje wiele podejść do opracowywania wszczepialnych interfejsów neuronowych o wysokiej rozdzielczości – w tym systemów optycznych – które mogą mierzyć aktywność do 1 miliona neuronów i modulować aktywność do 100.000 neuronów. Badacze NESD opracowują również zaawansowane metody obliczeniowe do przetwarzania w czasie rzeczywistym ogromnej ilości danych, które będą rejestrowane przez interfejsy neuronowe, tak aby ich systemy działały w ramach dostępnych ograniczeń mocy i przepustowości.

W ramach kolejnego rozszerzenia swojego portfolio neurotechnologii, agencja uruchomiła w tym roku program Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (N3) w celu opracowania dwukierunkowego systemu interfejsu neuronowego zbudowanego głównie w oparciu o technologię do noszenia. Naukowcy muszą przezwyciężyć fizykę przekazywania sygnałów przez nienaruszoną czaszkę i tkankę mózgową, ale DARPA wierzy, że ostatnie postępy w bioinżynierii, neuronauce, biologii syntetycznej i nanotechnologii mogą przyczynić się do powstania przenośnego, precyzyjnego interfejsu mózgowego o wysokiej rozdzielczości. Jeśli program osiągnie zamierzone cele, naukowcy zademonstrują zadanie istotne z punktu widzenia obronności, takie jak kontrola neuronowa bezzałogowego statku powietrznego, przy użyciu systemu N3.

Chociaż nadal istnieją niezliczone bariery techniczne, ewolucja neurotechnologii podąża w kierunku bardziej kompaktowych i wydajniejszych systemów. Inwestycje DARPA umożliwiły i pozwoliły zastanowić się nad praktycznymi zastosowaniami zaawansowanych interfejsów neuronowych w naszym codziennym życiu.

W przeciwieństwie do dzisiejszych wyspecjalizowanych systemów interfejsów, które obsługują jedną lub dwie funkcje na raz, przyszła, możliwa do uogólnienia technologia może integrować wiele funkcji pochodzących z ciągłych pomiarów neuronowych, fizjologicznych i środowiskowych. W miarę jak mózg i te systemy będą się wspólnie dostosowywać, interfejs może nawet dostarczać nowe funkcje w odpowiedzi na potrzeby i życzenia użytkownika oraz ewoluować w sposób, który zaciera różnicę między wewnętrznymi stanami mózgu a światem zewnętrznym. Wyobraźmy sobie na przykład interfejs, który odtwarzałby podczas snu kody neuronowe wywołane przez francuskie słówka, których uczyłeś się w ciągu dnia, pompowałby czułość podczerwieni, aby poprawić widzenie w nocy podczas wieczornego spaceru z rodziną lub wysyłałby bezprzewodowy sygnał do termostatu domowego, gdy wyczuje, że czujesz chłód.

W tym punkcie zwrotnym w rozwoju neurotechnologii ważne jest, aby rozważyć potencjalne ryzyko i kompromisy oraz odpowiedzieć na pytania dotyczące etyki augmentacji człowieka. Niektóre wyzwania społeczne związane z dostępem do technologii i równym rozłożeniem korzyści są oczywiste, ale nawet fundamentalne pytania neurobehawioralne dotyczące tego, w jaki sposób mózg alokuje zasoby między funkcjami, również wymagają odpowiedzi. Czy może być na przykład tak, że poprawa pamięci upośledza zdolność rozwiązywania problemów? Tego rodzaju niewiadoma może być akceptowalna dla osoby cierpiącej na poważne upośledzenie funkcji, ale być może nie dla osoby, która po prostu chce zwiększyć normalną wydajność. Przejście neurotechnologii z laboratorium do rzeczywistych zastosowań wymaga odpowiedzi na takie pytania, dlatego też DARPA angażuje niezależnych ekspertów etycznych i prawnych do prowadzenia niezbędnych dyskusji na temat tego, w jaki sposób Agencja powinna rozważyć społeczne implikacje nowych neurotechnologii, które mogą pojawić się w wyniku tych prac.

Namacalny postęp technologiczny może nadejść szybciej, niż ludzie się spodziewają. Wiele technologii interfejsów wykracza obecnie poza etap weryfikacji koncepcji i zbliża się do naturalnego punktu transformacji komercyjnej. Ogłoszenie Inicjatywy Białego Domu o nazwie BRAIN w 2013 roku przyciągnęło dodatkowe inwestycje w rodzaje podstawowych technologii, które DARPA sprawdzała już od dziesięcioleci, a od tego czasu kilka firm i inwestorów venture capital postanowiło stworzyć przemysł neurotechnologiczny, często we współpracy z naukowcami i inżynierami po raz pierwszy finansowanymi przez DARPA.

W centrum tej działalności znajduje się Biuro Technologii Biologicznych DARPA, które dostosowuje swoje praktyki biznesowe w celu ułatwienia transferu technologii poprzez zachęcanie do zaangażowania komercyjnego od samego początku nowych programów. Dzięki takiemu wkładowi i przy założeniu przez DARPA wczesnych i obarczonych najwyższym ryzykiem inwestycji, partnerzy przemysłowi będą mogli rozwijać i udoskonalać najbardziej udane możliwości oraz pakować je dla użytkowników końcowych. Ten cykl tworzenia, adaptacji i komercjalizacji przynosi bezpośrednie korzyści Departamentowi Obrony, zwracając sprawdzone, gotowe do zastosowania w terenie technologie po obniżonych kosztach.

Historia neurotechnologii rozwija się w coraz szybszym tempie i jest obecnie pisana przez DARPA i innych pionierów. Nawet na tym rodzącym się etapie era neurotechnologii wskazuje na przyszłość, w której ludzie i maszyny płynnie współdziałają, aby przezwyciężyć ograniczenia ludzkiego ciała i połączyć ludzką zdolność adaptacji i kreatywność z niezawodnością, wszechobecnością i mocą obliczeniową komputerów. Po prawie sześciu dekadach wizja symbiozy człowieka z maszyną Licklidera staje się rzeczywistością w sposób, o którym on i jego koledzy z początków agencji mogli tylko pomarzyć.

Źródło: Taking Neurotechnology Into New Territory [DARPA60 -1958-2018]

 

Zobacz na: Neuralink Elona Muska stoi w obliczu federalnego dochodzenia po zabiciu 1500 zwierząt podczas testów