DARPA: Finansiering af bærbare hjernemaskine-grænseflader

DARPA har tildelt midler til seks organisationer til støtte for Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (N³) program, først annonceret i marts 2018. Battelle Memorial Institute, Carnegie Mellon University, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Palo Alto Research Center (PARC), Rice University og Teledyne Scientific fører førende multidisciplinære teams til at udvikle højopløsningsvis, tovejs-hjernemaskine-grænseflader til brug for ulykkelige mennesker servicemedlemmer. Disse bærbare grænseflader kunne i sidste ende muliggøre forskellige nationale sikkerhedsapplikationer, såsom kontrol af aktive cyberforsvarssystemer og sværme af ubemandede luftfartøjer, eller slået sammen med computersystemer til at multitaske under komplekse missioner.

”DARPA forbereder sig på en fremtid, hvor en kombination af ubemandede systemer, kunstig intelligens og cyber-operationer kan få konflikter til at spille på tidslinjer, der er for korte til at mennesker effektivt kan styre med den nuværende teknologi alene,” sagde Al Emondi, N³ programleder. "Ved at skabe en mere tilgængelig grænseflade til hjerne-maskine, som ikke kræver operation for at bruge, kunne DARPA levere værktøjer, der gør det muligt for missionærerne at forblive meningsfuldt involveret i dynamiske operationer, der udspiller sig med hurtig hastighed."

I løbet af de sidste 18 år har DARPA demonstreret stadig mere sofistikerede neuroteknologier, der er afhængige af kirurgisk implanterede elektroder for at komme i kontakt med det centrale eller perifere nervesystem. Agenturet har demonstreret resultater som f.eks neural kontrol af protesiske lemmer   gendannelse af følelsen af ​​berøring til brugerne af disse lemmer, lindring af ellers intractable neuropsychiatriske sygdomme såsom depression og forbedring af hukommelsesdannelse og tilbagekaldelse. På grund af de iboende risici ved kirurgi har disse teknologier hidtil været begrænset til brug af frivillige med klinisk behov.

For at militærets primært ulykkelige befolkning kan drage fordel af neuroteknologi kræves ikke-kirurgiske grænseflader. Alligevel kunne faktisk lignende teknologier også i høj grad gavne kliniske populationer. Ved at fjerne behovet for kirurgi søger N3-systemer at udvide puljen af ​​patienter, der kan få adgang til behandlinger såsom dyb hjernestimulering for at håndtere neurologiske sygdomme.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=eL1nG1O7z-c

Derefter³ hold forfølger en række tilgange, der bruger optik, akustik og elektromagnetik til at registrere neurale aktiviteter og / eller sende signaler tilbage til hjernen med høj hastighed og opløsning. Forskningen er delt mellem to spor. Hold forfølger enten fuldstændigt ikke-invasive grænseflader, der er helt ydre for kroppen eller minutiøst invasive interface-systemer, der inkluderer nanotransducere, der kan leveres midlertidigt og nonsurgisk til hjernen for at forbedre signalopløsningen.

• Battelle-teamet, under hovedundersøger Dr. Gaurav Sharma, sigter mod at udvikle et minutiøst invasivt interface-system, der parrer en ekstern transceiver med elektromagnetiske nanotransducere, der leveres nonsurgisk til neuroner af interesse. Nanotransducerne ville konvertere elektriske signaler fra neuronerne til magnetiske signaler, der kan optages og behandles af den eksterne transceiver og vice versa for at muliggøre tovejskommunikation.
• Carnegie Mellon University-teamet, under hovedundersøger Dr. Pulkit Grover, sigter mod at udvikle en helt ikke-invasiv enhed, der bruger en akusto-optisk tilgang til at registrere fra hjernen og forstyrre elektriske felter til at skrive til specifikke neuroner. Holdet bruger ultralydbølger til at lede lys ind og ud af hjernen for at detektere neural aktivitet. Holdets skrivemetode udnytter neurons ikke-lineære respons på elektriske felter for at muliggøre lokal stimulering af specifikke celletyper.
• Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory-teamet under hovedundersøger Dr. David Blodgett sigter mod at udvikle et helt ikke-invasivt, sammenhængende optisk system til optagelse fra hjernen. Systemet måler direkte den optiske sti-længdeændringer i neuralt væv, der korrelerer med neurale aktivitet.
• PARC-teamet, under hovedundersøger Dr. Krishnan Thyagarajan, sigter mod at udvikle en fuldstændig ikke-invasiv akusto-magnetisk enhed til skrivning til hjernen. Deres tilgang parrer ultralydbølger med magnetiske felter for at generere lokaliserede elektriske strømme til neuromodulation. Den hybrid tilgang giver potentialet for lokal neuromodulation dybere i hjernen.
• Rice University-teamet, under hovedundersøger Dr. Jacob Robinson, sigter mod at udvikle et minutiøst invasivt, tovejs system til optagelse fra og skrivning til hjernen. Til optagefunktionen bruger grænsefladen diffus optisk tomografi til at udlede neurale aktivitet ved at måle lysspredning i neuralt væv. For at aktivere skrivefunktionen vil teamet bruge en magneto-genetisk tilgang til at gøre neuroner følsomme over for magnetiske felter.
• Teledyne-teamet under hovedundersøger Dr. Patrick Connolly sigter mod at udvikle en fuldstændig ikke-invasiv, integreret enhed, der bruger mikrooptisk pumpede magnetometre til at detektere små, lokaliserede magnetfelter, der korrelerer med neurale aktiviteter. Holdet bruger fokuseret ultralyd til skrivning til neuroner.

Gennem hele programmet vil forskningen drage fordel af indsigt leveret af uafhængige juridiske og etiske eksperter, der har aftalt at give indsigt om N³ fremskridt og overveje potentielle fremtidige militære og civile applikationer og implikationer af teknologien. Derudover samarbejder føderale tilsynsmyndigheder med DARPA for at hjælpe holdene bedre med at forstå godkendelse af menneskelig brug, når forskningen er i gang. Efterhånden som arbejdet skrider frem, vil disse regulatorer hjælpe med at guide strategier for indsendelse af ansøgninger om undtagelser fra undersøgende enheder og nye undersøgelsesmedicinske undersøgelser for at muliggøre menneskelige forsøg med N³ systemer i den sidste fase af det fireårige program.

”Hvis N³ er vellykket, vi ender med bærbare neurale interface-systemer, der kan kommunikere med hjernen fra en række på bare et par millimeter, flytte neuroteknologi ud over klinikken og til praktisk brug til national sikkerhed, ”sagde Emondi. ”Ligesom servicemedlemmer bruger beskyttende og taktiske redskaber som forberedelse til en mission, kan de i fremtiden sætte et headset indeholdende et neuralt interface, så brug teknologien, uanset om det er nødvendigt, og læg derefter værktøjet til side, når missionen er afsluttet.”

Læs hele historien her ...