211service.com
USA finansierer avancerede hjerne-computergrænseflader
Mina Hanna og Abdul Obaid | Stanford University
Matt Angles påstand kunne have lydt excentrisk før: i årevis insisterede han på, at nøglen til at løse en af neurovidenskabens mest vanskelige udfordringer lå i en teknologi fra 1960'erne, der blev opfundet i den lille nation Moldova.
Det er meget sværere at afvise Angles tilgang nu. I dag har det amerikanske forsvarsministerium udvalgt Angles lille San Jose-baserede virksomhed, Paradromics Inc., til at lede et af seks konsortier, som det støtter med $65 millioner til at udvikle teknologier, der er i stand til at optage fra en million individuelle neuroner inde i en menneskelig hjerne samtidigt.
Optagelse fra et stort antal neuroner er afgørende, hvis ingeniører nogensinde skal skabe en sømløs, høj-throughput dataforbindelse mellem den menneskelige hjerne og computere, herunder for at genoprette tabte sanser.
Det mål har været meget i nyhederne på det seneste. I april annoncerede Elon Musk, at han støttede Neuralink, et firma på 100 millioner dollars, der arbejder på en hjerne-computer-grænseflade . Facebook fulgte op med at sige, at det var begyndt at arbejde på en tanke-til-tekst-enhed, der skulle lade folk skrive e-mails eller indlæg i stilhed.
Udmeldingerne genererede verdensomspændende overskrifter, men også skepsis, eftersom hverken Musk eller Facebook afslørede, hvordan de ville udføre sådanne bedrifter (se Med Neuralink lover Elon Musk menneske-til-menneske-telepati. Don't Believe It.).
Nu giver de føderale kontrakter, uddelt af DARPA, et indblik i, hvilke banebrydende teknologier, der virkelig kunne gøre et hjernemodem muligt. De omfatter fleksible kredsløb, der kan placeres i lag på hjernen, trådløse neurokorn i sandstørrelse og holografiske mikroskoper, der er i stand til at observere tusindvis af neuroner på én gang. To andre projekter sigter mod at genoprette synet med lysdioder, der dækker hjernens visuelle cortex.
Hjerne-computer-grænseflader formidler information ud af hjernen ved hjælp af elektronik. Her viser et nærbillede, hvordan miniaturetråde bindes sammen for at skabe en elektrisk kontakt. Dette er den ende, der forbliver uden for hjernen. Mina Hanna og Abdul Obaid | Stanford University
Paradromics' træk er så meget som 18 millioner dollars, men pengene kommer med en måneskudslignende liste over krav - implantatet bør ikke være meget større end et nikkel, skal optage fra en million neuroner og skal også være i stand til at sende signal tilbage til hjernen.
Vi forsøger at finde det søde sted – og jeg tror, vi har fundet det – mellem at være på forkant og få så meget information ud på én gang, men samtidig ikke være så langt ude, at du ikke kan implementere det , siger Angle.
Siden for et århundrede siden lærte at bruge metalelektroder til at lytte til den elektriske snak fra en enkelt neuron, har videnskabsmænd aldrig formået at optage fra mere end et par hundrede på én gang i en levende menneskelig hjerne, som har omkring 80 milliarder neuroner i alt. .
Angle, 32, siger, at han løb ind i det problem som kandidatstuderende. Han ønskede at studere, hvordan lugte er repræsenteret i lugteløget, en del af din hjerne lige bag din næse. Men indsatsen blev forhindret af manglen på nogen måde at optage fra mere end en håndfuld neuroner ad gangen.
Det var da en professor ved Howard University, og far til en af Angles gamle universitetsvenner, nævnte et obskurt moldovisk firma, der havde udviklet en måde at strække varmt metal og masseproducere spoler af ekstremt tynde isolerede ledninger, kun 20 mikron tykke.
Teknikken, der ligner den, der producerer fiberoptiske tråde, bruges til at skabe antenner og til at lave magnetiske ledninger, som hoteller kan sy til håndklæder for at forhindre kunder i at stjæle dem. Men Angle og hans samarbejdspartnere – Andreas Schaefer fra Francis Crick Institute og Nick Melosh fra Stanford University – indså, at materialerne kunne lade dem komme i elektrisk kontakt med et stort antal hjerneceller på én gang.
I dag, siger Angle, bestiller hans team spoler af tråden og bundter derefter tråde sammen i snore, der er 10.000 tråde tykke. Den ene ende af ledningerne kan slibes, hvilket skaber en børstelignende overflade, der kan trænge ind i hjernen, som nåle ville. Angle siger, at tykkelsen af ledningerne er kalibreret, så den er stærk nok til ikke at spænde, når den skubbes ind i hjernen, men tynd nok til ikke at forårsage meget skade.
De andre ender af ledningerne limes sammen, poleres og presses derefter på en mikroprocessor med titusindvis af tilfældigt fordelte landingspuder, hvoraf nogle binder sig til ledningerne. Disse puder registrerer de elektriske signaler, der sendes gennem ledningerne fra hjernen, så de kan optælles og analyseres. Angle siger, at det at forbinde så mange ledninger er det, der har holdt sådanne koncepter tilbage i fortiden.
I Paradromics tilfælde er det endelige mål en højdensitetsforbindelse til hjernens talecenter, der kan lade virksomheden få fat i, hvilke ord en person tænker på at sige. Men hvis teknologien lykkes, kan den også i høj grad udvide neurovidenskabernes evne til at lytte med, da store ensembler af neuroner genererer kompleks adfærd, strikker sansestimuli sammen og endda selv skaber bevidsthed.