Esimene osa: Inimkoloss
Teine osa: Aju
Kolmas osa: lendamine üle neuronite pesa
Neljas osa: neuroarvutiliidesed
Viies osa: Neuaralinki probleem
Kuues osa: võlurite vanus 1
Kuues osa: võlurite vanus 2
Seitsmes osa: Suur sulandumine
Reklaamvideo:
1969. aastal ühendas teadlane nimega Eberhard Fetz ahvi ajus ühe neuroni näo ees asuva kettaga. Närvid pidid liikuma, kui neuron tulistas. Kui ahv arvas, et neuron on aktiveeritud ja nooled nihkuvad, sai ta banaanimaitselise kommi. Aja jooksul hakkas ahv selles mängus paranema, sest ta tahtis rohkem maitsvaid maiustusi. Ahv õppis eraldi neuroni aktiveerima ja temast sai esimene tegelane, kes sai neuroarvuti liidese.
Järgmise aastakümne jooksul oli edenemine üsna aeglane, kuid 90ndate keskpaigaks hakkas olukord muutuma ja sellest ajast alates on kõik kiirenenud.
Kuna meie arusaam ajust ja elektroodiseadmetest on üsna primitiivne, kipuvad meie jõupingutused olema suunatud lihtsate liideste loomisele, mida kasutatakse kõige paremini mõistetavates ajupiirkondades, nagu motoorne ja nägemiskoor.
Ja kuna inimkatsed on võimalikud ainult inimestele, kes üritavad NCI-d oma kannatuste leevendamiseks - ja kuna turunõudlus on sellele keskendunud -, on meie jõupingutused peaaegu täielikult pühendatud puudega inimeste kaotatud funktsioonide taastamisele.
Tuleviku suurimad NCI-tööstused, mis pakuvad inimestele maagilisi supervõimeid ja muudavad maailma, on nüüd embrüos - ja me peame lähtuma neist ja ka meie enda oletustest, mõeldes sellele, milline võiks olla maailm aastatel 2040, 2060 või 2100.
Läheme neist läbi.
See on arvuti, mille on loonud Alan Turing 1950. aastal. Seda nimetatakse piloot-ACE-ks. Oma aja meistriteos.
Nüüd vaadake seda:
Allpool toodud näiteid lugedes soovin, et hoiate seda analoogiat silme ees -
Piloot ACE on iPhone 7 puhul sama
kui
iga järgmine näide on mõeldud _
- ja proovige ette kujutada, milline kriips peaks paigas olema. Selle juurde naaseme hiljem.
Igal juhul on kõigest sellest, mida olen lugenud ja selle valdkonna inimestega arutanud, arendamisel kolm peamist kategooriat neuroarvutiliideseid:
Esimene NCI tüüp nr 1: mootorikoore kasutamine kaugjuhtimispuldina
Juhul, kui olete unustanud, on see motoorne ajukoor:
Paljud ajupiirkonnad on meile arusaamatud, kuid motoorne ajukoor on meile vähem mõistetav kui teised. Ja mis veelgi olulisem, see on hästi kaardistatud, selle üksikud osad kontrollivad keha üksikuid osi.
Oluline on see, et see on üks suur ajupiirkond, mis vastutab meie töö eest. Kui inimene midagi teeb, tõmbab motoorne ajukoor peaaegu kindlasti nööri (vähemalt tegevuse füüsiline pool). Seetõttu ei pea inimese aju õppima mootorikoort kaugjuhtimispuldina kasutama, sest aju kasutab seda juba sellisel võimekusel.
Tõsta oma käsi. Nüüd pane see maha. Näete? Teie käsi on nagu väike mängudroon ja teie aju kasutab mootori ajukooret kaugjuhtimispuldina, et drooni maha ja tagasi võtta.
Mootori ajukoorel põhineva NCI eesmärk on sellega ühendust luua ja siis, kui kaugjuhtimispult käsu käivitab, kuuleb see käsk ja saadab selle mõnele seadmele, mis sellele reageerida oskab. Näiteks käes. Närvikimp on vahendaja teie ajukoores ja käes. NCI on vahendaja teie motoorse korteksi ja arvuti vahel. See on lihtne.
Üks sellist tüüpi liidestest võimaldab inimesel - tavaliselt kaelast halvatud või amputeeritud jäsemega inimesel - mõttega ekraanil kursorit liigutada.
Kõik algab 100-kontaktilisest mitme elektroodiga maatriksist, mis implanteeritakse inimese motoorsesse ajukooresse. Halvatud inimese motoorne ajukoor töötab suurepäraselt - lihtsalt seljaaju, mis oli ajukoore ja keha vaheline vahendaja, lakkas töötamast. Seega võimaldasid teadlased implanteeritud elektroodide massiivi abil inimesel oma kätt eri suundades liigutada. Isegi kui ta ei suuda seda teha, töötab motoorne ajukoor normaalselt, justkui saaks.
Kui keegi kätt liigutab, plahvatab motoorne ajukoor aktiivsusega - kuid iga neuron on tavaliselt huvitatud ainult ühest liiki. Seetõttu võib üks neuron tulistada alati, kui inimene kätt paremale liigutab, kuid muudes suundades liikudes hakkab igav. Siis suutis ainult üks sellest neuronist kindlaks teha, millal inimene tahab kätt paremale liigutada ja millal mitte. Kuid kui elektroodide massiiv koosneb 100 elektroodist, kuulavad kumbki eraldi neuroni. Seetõttu testide ajal, kui inimesel palutakse näiteks kätt paremale nihutada, registreerib 38 neuronit 100-st neuronite aktiivsust. Kui inimene soovib oma kätt vasakule liigutada, aktiveeritakse 41 teist. Erinevates suundades ja erineva kiirusega liikumiste harjutamiselarvuti saab elektroodidelt andmeid ja sünteesib need neuronite aktivatsiooni mustri üldiseks mõistmiseks, mis vastab kavatsustele liikuda mööda XY telgi.
Siis, kui nad neid andmeid arvutiekraanil kuvavad, saab inimene mõttejõul "proovida" kursorit liigutada, tegelikult kursorit juhtida. Ja see töötab. BrainGate võimaldas poisil mängida videomängu vaid mõttejõul, kasutades motoorse koorega seotud NCI-sid.
Ja kui 100 neuronit oskavad öelda, kuhu nad tahavad kursorit liigutada, siis miks nad ei saaks teile öelda, kui nad tahavad kohvi kätte võtta ja lonksu võtta? Seda tegi see halvatud naine:
Teine halvatud naine suutis F-35 hävitajasimulaatoriga lennata ja ahv sõitis hiljuti tema aju kasutades ratastoolis.
Ja miks piirduda ainult kätega? NKI Brasiilia pioneer Miguel Nicolelis ja tema meeskond ehitasid terve eksoskeleti, mis võimaldas halvatud inimesel teha MM-il avalöök.
Need arengud sisaldavad teiste tulevaste revolutsiooniliste tehnoloogiate, näiteks aju-aju liideste seemneid.
Nicolelis viis läbi katse, kus Brasiilias ühe roti motoorne ajukoor, mis surus ühte puuri kahest hoobast - millest ühte teadis rott talle meeldivat, ühendati Interneti kaudu teise Ameerika Ühendriikide roti motoorse koorega. Ameerika Ühendriikide rott oli samasuguses puuris, välja arvatud see, et erinevalt Brasiilia rotist ei olnud tal teavet selle kohta, kumb kahest hoovast talle meeldiks - peale Brasiilia rotilt saadud signaalide. Kui Ameerika rott valis katse käigus õigesti hoova, sama, mille tõmbas rott Brasiilias, said mõlemad rotid tasu. Kui nad tõmbasid vale, ei saanud nad seda. Huvitav on see, et aja jooksul muutusid rotid järjest paremaks, töötasid koos nagu üks närvisüsteem - kuigi neil polnud üksteise olemasolust aimugi. Ameerika roti edu ilma teabeta oli 50%. Brasiilia roti ajust tulnud signaalide abil tõusis edukuse protsent 64% -ni. Siin on video.
Osaliselt toimis see ka inimestel. Kaks inimest erinevates hoonetes töötasid videomängu mängides koos. Üks nägi mängu, teine hoidis käes kontrollerit. Lihtsate EEG-peakomplektide abil võis mängu näinud mängija oma käsi liigutamata mõelda oma käe liigutamisest kontrolleri “tulistamiseks” - ja kuna nende aju suhtles omavahel, tundis kontrolleriga mängija signaali sõrmes ja vajutas nuppu.
Esimene NCI tüüp nr 2: kunstlikud kõrvad ja silmad
On mitmeid põhjuseid, miks pimedate nägemine ja kurtidele heli kuuluvad kõige paremini juurdepääsetavate neuroarvutiliideste kategooriate hulka.
Esiteks, nagu motoorne ajukoor, on sensoorne ajukoor aju osad, millest me mõistame üsna hästi, osaliselt seetõttu, et need kipuvad hästi kaardistama.
Teiseks, paljude varajaste lähenemisviiside seas ei olnud meil vaja ajuga tegeleda - saime suhelda kohtadega, kus kõrvad ja silmad aju külge ühenduvad, sest just seal esinesid häired kõige sagedamini.
Ja kui aju motoorse ajukoore tegevus oli peamiselt seotud neuronite lugemisega, et ajust teavet välja tõmmata, siis kunstlikud meeled töötavad teisiti - stimuleerides neuroneid informatsiooni sisemusse saatma.
Viimaste aastakümnete jooksul oleme näinud kohleaimplantaatide uskumatut arengut.
Kohleaarimplantaat on väike arvuti, mille ühes otsas on mikrofon (mis istub kõrva ääres) ja teises traat, mis ühendub ajukoori vooderdavate elektroodide kogumiga.
Heli siseneb mikrofoni (väike konks kõrva ülaosas) ja läheb pruuni asja sisse, mis töötleb heli vähem kasulike sageduste välja filtreerimiseks. Seejärel edastab pruun värv naha kaudu teabe naha induktsiooni kaudu arvuti teisele komponendile, mis muundab teabe elektrilisteks impulssideks ja saadab selle aura. Elektroodid filtreerivad impulsse sagedusena nagu sarvkesta ja stimuleerivad kuulmisnärvi nagu oksi karvad. See näeb välja väljastpoolt:
Teisisõnu, tehiskõrv täidab sama funktsiooni, mis muudab heli impulssideks ja edastab selle kuulmisnärvi kui tavaline kõrv.
Kuid see pole ideaalne. Miks? Sest normaalse kõrvaga sama kvaliteediga heli ajju saatmiseks vajate 3500 elektroodi. Enamik kohleaimplantaate sisaldab ainult 16. Kare.
Kuid me oleme ACE pilootide ajastul - muidugi ebaviisakas.
Sellest hoolimata võimaldab tänapäevane kohleaarimplantaat inimestel kõnet kuulda ja rääkida, mis on juba hea.
Paljud kurtide laste vanemad saavad kohleaimplantaadid üheaastasena.
Pimeduse maailmas toimub sarnane revolutsioon võrkkesta implantaadi kujul.
Pimedus on sageli võrkkesta haiguste tagajärg. Sellisel juhul võib implantaat nägemise jaoks täita sarnast funktsiooni nagu kõrvaimplantaat kuulmiseks (kuigi mitte nii otseselt). See teeb sama asja nagu tavaline silm, edastades närvidele teavet elektriliste impulsside kujul, täpselt nagu silmad.
Kohleaarimplantaadist keerulisem liides kiitis FDA 2011. aastal heaks esimese võrkkesta implantaadi - Second Sighti tehtud Argus II implantaadi. Võrkkesta implantaat näeb välja selline:
Ja see töötab nii:
Võrkkesta implantaadil on 60 andurit. Võrkkestas on umbes miljon neuronit. Kare. Kuid uduste servade, kujundite, valguse ja pimeduse mängu nägemine on palju parem kui üldse mitte midagi näha. Eriti huvitav on see, et hea nägemise saavutamiseks pole üldse vaja miljonit sensorit - modelleerimine näitas, et näotuvastuseks ja lugemiseks piisab 600–1000 elektroodist.
Esimene NCI tüüp nr 3: sügav aju stimulatsioon
Alates 1980ndate lõpust on sügavast aju stimulatsioonist saanud veel üks toores tööriist, mis paljude inimeste jaoks on endiselt elu muutev.
See on ka NCI kategooria, mis pole seotud välismaailmaga - see on neuroarvutiliideste kasutamine enda tervendamiseks või parandamiseks, muutes midagi sees.
Siin juhtub üks või kaks elektroodijuhet, tavaliselt nelja eraldi elektroodikohaga, mis sisenevad ajju ja satuvad sageli kuhugi limbilisse süsteemi. Seejärel implanteeritakse väike südamestimulaator rindkere ülaosasse ja ühendatakse elektroodidega. Nagu nii:
Siis saavad elektroodid vajadusel väikese laengu anda, mis on kasulik paljude oluliste asjade jaoks. Näiteks:
- treemori vähenemine Parkinsoni tõvega inimestel
- rünnakute raskuse vähendamine
- obsessiiv-kompulsiivse häire vähendamine
Katsete abil (st seni ilma FDA heakskiiduta) on teadlased suutnud leevendada teatud tüüpi kroonilist valu, näiteks migreeni või jäsemete fantoomvalu, ravida ärevust või depressiooni PTSD-s või koos lihaste stimulatsiooniga taastada teatud häiritud aju ahelad, mis on pärast insult või neuroloogiline haigus.
* * *
See on NCI endiselt vähearenenud piirkonna olukord. Ja sel hetkel siseneb sinna Elon Musk. Tema ja Neuralinki jaoks on tänapäevane NCI tööstus punkt A. Kuigi uurisime nende artiklite jooksul minevikku, et jõuda praegusesse hetke. Nüüd on aeg vaadata tulevikku - teada saada, mis punkt B on ja kuidas me selleni jõuame.
ILYA KHEL
Esimene osa: Inimkoloss
Teine osa: Aju
Kolmas osa: lendamine üle neuronite pesa
Neljas osa: neuroarvutiliidesed
Viies osa: Neuaralinki probleem
Kuues osa: võlurite vanus 1
Kuues osa: võlurite vanus 2
Seitsmes osa: Suur sulandumine
