211service.com
En hjerne-computer-grænseflade, der fungerer trådløst
Nogle få lammede patienter kan snart bruge en trådløs hjerne-computer-grænseflade, der er i stand til at streame deres tankekommandoer lige så hurtigt som en internetforbindelse i hjemmet.
En trådløs hjernegrænseflade bruger den hovedbårne sender, vist.
Efter mere end et årti med ingeniørarbejde har forskere ved Brown University og et firma i Utah, Blackrock Microsystems, kommercialiseret en trådløs enhed, der kan fastgøres til en persons kranie og transmittere via radio-tankekommandoer indsamlet fra et hjerneimplantat. Blackrock siger, at de vil søge tilladelse til systemet fra U.S. Food and Drug Administration, så den mentale fjernbetjening kan testes hos frivillige, muligvis allerede i år.
Enheden blev udviklet af et konsortium, kaldet BrainGate, som har base i Brown og var blandt de første til at placere implantater i hjernen på lammede mennesker og viste, at elektriske signaler udsendt af neuroner inde i cortex kunne optages og derefter bruges til at styre en kørestol eller diriger en robotarm (se Implanting Hope).
En væsentlig grænse for disse provokerende eksperimenter har været, at patienter kun kan bruge protesen med hjælp fra en besætning af laboratorieassistenter. Hjernesignalerne opsamles gennem et kabel, der er skruet ind i en port på deres kranium, og derefter føres langs ledninger til et omfangsrigt stativ af signalprocessorer. At bruge dette i hjemmet er utænkeligt eller upraktisk, når du er bundet til en masse elektronik, siger Arto Nurmikko, den brune professor i ingeniørvidenskab, der ledede designet og fremstillingen af det trådløse system.
Den nye grænseflade fjerner meget af den ledninger ved at behandle hjernedata inde i en enhed på størrelse med en bilgasdæksel. Det er fastgjort til kraniet og koblet til elektroder inde i hjernen. Inde i enheden er der en processor til at forstærke de svage elektriske spidser, der udsendes af neuroner, kredsløb til at digitalisere informationen og en radio til at sende den en afstand på et par meter til en modtager. Der er informationen tilgængelig som et styresignal; sige for at flytte en markør hen over en computerskærm.
Enheden transmitterer data ud af hjernen med en hastighed på 48 megabit i sekundet, omtrent lige så hurtigt som en internetforbindelse i hjemmet, siger Nurmikko. Den bruger omkring 30 milliwatt strøm - en brøkdel af, hvad en smartphone bruger - og er drevet af et batteri.
Forskere har tidligere lavet prototyper af trådløse hjerne-computer-grænseflader, og nogle enklere sendere er blevet solgt til dyreforskning. Men der er bare ikke sådan noget som en enhed, der har så mange input og spytter megabit og megabit data ud. Det er grundlæggende en ny slags enhed, siger Cindy Chestek, en assisterende professor i biomedicinsk teknik ved University of Michigan.
Selvom implantatet kan transmittere, hvad der svarer til omkring 200 DVD'ers data om dagen, er det ikke meget information sammenlignet med, hvad hjernen genererer ved at udføre selv den enkleste bevægelse. Ud af milliarder af neuroner i den menneskelige cortex har videnskabsmænd aldrig direkte målt mere end 200 eller deromkring samtidigt. Du og jeg bruger vores hjerner som petabyte-maskiner, siger Nurmikko. Med den standard vil 100 megabit i sekundet se meget beskedent ud.
Blackrock er begyndt at sælge den trådløse processor, som den kalder Cereplex-W og koster omkring $15.000, til forskningslaboratorier, der studerer primater. Test på mennesker kan ske hurtigt, siger Florian Solzbacher, professor ved University of Utah, som er ejer og præsident for Blackrock. Brown-forskerne har planer om at prøve det på lammede patienter, men har endnu ikke gjort det.
I øjeblikket deltager et halvt dusin eller deromkring lammede mennesker, herunder nogle i de sene stadier af ALS, i BrainGate-forsøg ved hjælp af den ældre teknologi. I disse undersøgelser, der er i gang i Boston og Californien, er implantatet, der kommer i kontakt med hjernen, en lille række nålelignende elektroder udskåret af silicium. Også solgt af Blackrock, kaldes det almindeligvis Utah-arrayet. For at etablere en hjerne-maskine-grænseflade skubbes denne array ind i vævet i den cerebrale motoriske cortex, hvor dens spidser registrerer affyringsmønstrene fra 100 neuroner eller flere på én gang.
Disse små eksplosioner af elektricitet, har videnskabsmænd fundet, kan afkodes til en ret præcis udlæsning af, hvilken bevægelse et dyr eller en person har til hensigt. Afkodning af disse signaler har givet hundredvis af aber, såvel som et voksende antal lammede frivillige, mulighed for at styre en computermus eller manipulere objekter med en robotarm, nogle gange med overraskende fingerfærdighed (se Tankeeksperimentet).
Men BrainGate-teknologien bliver aldrig til egentlig medicin, før den er meget forenklet og gjort mere pålidelig. Det hovedmonterede trådløse modul er et skridt mod dette mål. Til sidst siger forskerne, at al elektronikken skal implanteres helt inde i kroppen, uden at ledninger når gennem huden, da det kan føre til infektioner. Sidste år rapporterede Brown-forskerne om, at de testede en prototype af et fuldt implanteret interface, med elektronikken inde i en titaniumdåse, der kan forsegles under hovedbunden. Denne enhed er endnu ikke kommercialiseret.
Hvis de kunne putte det ind under huden, så kunne alt, hvad du ser i videoerne, gøres derhjemme, siger Chestek med henvisning til film af patienter bruge mental kontrol til at bevæge robotarme. Den ledning, der går gennem huden, er den farligste del af systemet.