توضيح: المفارقةأبرمت وزارة الدفاع مشاريع الأبحاث المتقدمة (DARPA)
ستة عقود لتطوير واجهات عصبية في إطار برنامج
تصميم نظام الهندسة العصبية (NESD) . يهدف هذا البرنامج إلى "تحسين فرص البحث بشكل كبير في مجال التقنيات العصبية وتوفير الأساس للعلاجات الجديدة."
من الناحية العملية ، تسعى DARPA إلى تطوير واجهة عصبية قابلة للغرس توفر "دقة إشارة غير مسبوقة ومعدلات نقل البيانات بين الدماغ البشري والعالم الرقمي." تشير الاختصاصات إلى أن الواجهة يجب أن تعمل كمترجم محول ، وتحويل الإشارات الكهروكيميائية للدماغ إلى رمز رقمي (أصفار وأخرى) ، والذي يستخدم في علوم الكمبيوتر. وإجراء التحويل العكسي لكتابة البيانات إلى الدماغ. الهدف هو جهاز اتصال لواجهة الدماغ بالحاسوب لا يزيد حجمه عن 1 سم
3 .
تُبرم العقود مع خمس مؤسسات بحثية وشركة تجارية واحدة:
- جامعة براون . فك تشفير معالجة الكلام العصبي مع التركيز على النغمة واللفظ. تتكون الواجهة من 100،00 مستشعر (عصبية) ، مزروعة على السطح أو داخل القشرة الدماغية. توفر وحدة راديو منفصلة الطاقة للزرع وتعمل كمحور لنقل البيانات من وإلى مركز التحكم. هناك ، بدوره ، يتم إجراء تحويل الشفرة ومعالجة الإشارات العصبية والرقمية.
- جامعة كولومبيا . واجهة كهربائية حيوية في القشرة البصرية باستخدام شريحة CMOS مرنة مع مجموعة متكاملة من الأقطاب الكهربائية. يتم تركيب محطة أشعة سينية على رأس الشخص لإرسال إشارة ونقل الطاقة لاسلكيًا إلى الغرسة.
- مؤسسة Voir et Entender (مؤسسة الرؤية والسمع). واجهة اتصال Optogenetic بين الخلايا العصبية للقشرة البصرية والشبكية الاصطناعية عالية الدقة مع كاميرا فيديو مثبتة بدلاً من العين.
- مختبر جون بي بيرس . دراسة الرؤية. واجهة للتواصل مع الخلايا العصبية المعدلة القادرة على التلألؤ البيولوجي والاستجابة للتحفيز الجيني.
- جامعة كاليفورنيا ، بيركلي . مجهر "مجال الضوء" المجسم الذي يمكنه تسجيل وتعديل نشاط ما يصل إلى مليون خلية عصبية في القشرة الدماغية . محاولة لإنشاء نماذج ترميز للتنبؤ باستجابة الخلايا العصبية للتحفيز البصري واللمسي الخارجي ، ثم تطبيق هذه الأنماط لاستعادة الرؤية في المرضى المكفوفين أو التحكم في الأطراف الاصطناعية باستخدام الأوامر العقلية.
- شركة Paradromics، Inc. واجهة عالية السرعة للقشرة الدماغية من خلال شبكة من الأسلاك الدقيقة المخترقة لتحفيز الخلايا العصبية الفردية وإزالة المعلومات منها بدقة عالية. من المفترض أن تساعد الغرسة في استعادة وظيفة الكلام.
قطر كل مايكرويف Paradardics أقل من 20 ميكرونيقول Phillip Alvelda ، مدير البرامج في NESD: "اليوم ، أفضل الأنظمة ذات واجهة الدماغ والحاسوب تشبه حاسوبين فائقين يحاولان الاتصال على 300 باود". "تخيل الآفاق التي ستفتح إذا قمنا بتحديث أدواتنا وفتحنا القناة بين الدماغ البشري والإلكترونيات الحديثة."
من بين التطبيقات الأكثر وضوحًا للواجهة الجديدة تعويض المعلومات للأشخاص الذين يعانون من ضعف السمع والبصر. سيكونون قادرين على الحصول على الصورة والصوت الضروريين مباشرة إلى الدماغ ، ويمكن أن يتجاوز حلها نظريًا قدرات الرؤية البشرية الطبيعية والسمع (على سبيل المثال ، يمكن نقل البيانات من الميكروفونات الاتجاهية وكاميرات الأشعة تحت الحمراء وأجهزة التصوير الحراري). على الأرجح ، سوف تجد مثل هذه الواجهات تطبيقًا في الشؤون العسكرية.
حتى الآن ، تقوم أفضل الواجهات العصبية بجمع المعلومات من خلال 100 قناة فقط ، كل منها يجمع المعلومات من عشرات الآلاف من الخلايا العصبية في وقت واحد. والنتيجة هي صورة ضبابية وصاخبة ذات دقة منخفضة ، والتي لا تجعل من الممكن استعادة الأفكار والصور الفردية من الدماغ بشكل واضح. في المقابل ، يهدف برنامج NESD إلى إنشاء
واجهات عصبية عالية الدقة تسمح لك بقراءة وكتابة البيانات بوضوح ودقة من كل مليون من الخلايا العصبية الفردية.
على الرغم من أن مهمة قراءة البيانات من مليون خلية عصبية تبدو رائعة بشكل فردي ، لكن هذا الرقم لا يمثل سوى جزء صغير من 86 مليار خلية عصبية تشكل الدماغ البشري. لذا هذه ليست سوى الخطوة الأولى لكشف أسرار التفكير البشري.
تخطط DARPA لتخصيص 65 مليون دولار للبحث على مدى أربع سنوات. في السنة الأولى ، سيركز المطورون على الابتكارات المفاهيمية في مجال الأجهزة والبرامج ، وسيجرون أيضًا تجارب على الحيوانات والخلايا المستزرعة. في المرحلة الثانية ، سيبدأ البحث الأساسي ، والعمل على تصغير المكونات والتكامل ، بالإضافة إلى التعاون مع إدارة الغذاء والدواء على تنظيم التقنيات الجديدة.
يجب على المطورين التغلب على عدد من العوائق الفنية ، لكن هذه المجموعات الست كانت قادرة على صياغة خططهم وإقناع DARPA بأنه من الواقعي تنفيذها.