كما يحاول الجيش الأمريكي قراءة العقول

يعمل البرنامج البحثي الجديد DARPA على تطوير واجهة بين الحاسوب والدماغ والتي من الممكن أن "تتحكم في أسراب الطائرات بدون طيار ، وتعمل بسرعة الفكر". ماذا لو كان يعمل؟

في أغسطس / آب ، احتشد ثلاثة طلاب من جامعة كارنيجي ميلون في مختبر صغير صغير بدون نوافذ لاستخدام إعداد مرتجل تم تجميعه من طابعة ثلاثية الأبعاد لصدمة شريحة من مخ الفأر.

هذه القطعة من الدماغ المنحوتة من الحصين كانت مثل شريحة رقيقة من الثوم. استراح على منصة تقع بالقرب من مركز الجهاز. قام أنبوب رفيع بغسل الشريحة بمحلول من الملح والجلوكوز والأحماض الأمينية. وهكذا ، تم الاحتفاظ به في حالة مشابهة إلى حد ما للحياة: استمر تنشيط الخلايا العصبية بداخله ، مما سمح للمجربين بجمع البيانات. أعطت مجموعة من الأقطاب الموجودة أدناه تفريغًا كهربائيًا ، وقاس مسبار معدني ، على غرار المحقنة ، استجابة الخلايا العصبية. مصابيح LED الساطعة مضاءة الكأس. كل شيء بدا جمعها على ركبته.

على الشاشة بجانب الجهاز ، كانت المحفزات والاستجابة مرئية: بعد بضعة ميلي ثانية من النبضات الكهربائية ، تم تنشيط الخلايا العصبية. في وقت لاحق ، سيضع المجربون مواد مماثلة في التوصيلية والشفافية على عظام الجمجمة بين قطعة من الأنسجة وأقطاب كهربائية لمعرفة ما إذا كان يمكنهم تحفيز الحصين الماوس من خلال تقليد الجمجمة.

لقد فعلوا ذلك لأنهم أرادوا التعرف على إشارات الدماغ البشري والتحكم فيها دون الحاجة إلى قطع الجمجمة ولمس أنسجة المخ الحساسة. هدفهم هو تطوير واجهات دقيقة وحساسة بين الدماغ والحاسوب يمكن إزالتها ووضعها على شكل خوذة أو عقال - دون أي عملية جراحية.

سمك عظام الجمجمة البشرية أقل من سنتيمتر. تختلف الأرقام الدقيقة من شخص لآخر ، وكذلك من مكان إلى آخر. أنها تمحو الأشكال الموجية ، سواء كان التيار الكهربائي أو الضوء أو الصوت. يمكن أن تكون الخلايا العصبية الدماغية صغيرة مثل بضعة آلاف من المليمتر ، وتولد نبضات كهربائية بجهد من عشرين فولتًا.

في تجارب طلاب الدراسات العليا ، كان من المفترض أن يجمع البيانات الأساسية التي يمكن مقارنتها بنتائج تطبيق التكنولوجيا الجديدة ، والتي يأمل Pulkit Grover ، كبير المستشارين العلميين للفريق ، تطويرها.

يقول جروفر: "من المستحيل حتى الآن القيام بذلك ، وهي مهمة صعبة للغاية". يقود أحد الفرق الستة المشاركة في برنامج الجيل التالي من برنامج Neopurgical Neururgical Technology ، أو N ³ ، وهو مشروع قيمته 104 ملايين دولار أطلقته داربا هذا العام. يعمل فريق Grover مع الكهرباء والموجات فوق الصوتية ، بينما تستخدم الفرق الأخرى المغناطيس أو البصريات. وإذا نجح أي منهم ، فإن النتائج ستكون ثورية.

الجراحة مكلفة ، كما أن التدخل الجراحي لإنشاء جندي فائق من الصعب أخلاقياً. جهاز لقراءة الأفكار التي لا تتطلب التدخل الجراحي سيفتح عددًا كبيرًا من الاحتمالات. تم استخدام واجهات الحواسيب العصبية (NQIs) لإعادة السيطرة الجزئية على الأشخاص المصابين بالشلل على الجسم ، والسماح لقدامى المحاربين في العراق وأفغانستان الذين فقدوا أطرافهم للسيطرة على تلك الاصطناعية. N ³ هي أول محاولة جادة من قبل الجيش الأمريكي لتطوير NKI للاستخدام أكثر عدوانية. يقول العموندي ، مدير البرنامج رقم ^3: "العمل مع الطائرات بدون طيار وحزمها ، بسرعة التفكير ، وليس بسرعة الأجهزة الميكانيكية - لهذا السبب هناك حاجة حقيقية لهذه الأجهزة".

استخدم أخصائي الكمبيوتر في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، جاك جيه فيدال ، مصطلح الواجهة الدماغية الحاسوبية في بداية السبعينيات ؛ واتضح أنها واحدة من تلك العبارات ، مثل "الذكاء الاصطناعي" ، الذي يتطور تعريفه بالتوازي مع تطوير القدرات التي يصفها. الدماغ الكهربائي (EEG) ، الذي يسجل نشاط الدماغ باستخدام الأقطاب الكهربائية الموضوعة على الجمجمة ، يمكن اعتباره أول واجهة بين الدماغ والكمبيوتر. قرب نهاية التسعينيات ، استخدم باحثون من جامعة كيز في المنطقة الغربية الاحتياطية EEG لتفسير موجات الدماغ لشخص مشلول ، مما سمح له بتحريك المؤشر على جهاز كمبيوتر باستخدام أقطاب كهربائية متصلة بجمجمته.

منذ ذلك الحين ، تم تطوير تقنيات قراءة الإشارات من الدماغ من كلا النوعين ، سواء الغازية وغير الغازية ، بشكل نشط. كما يتم تطوير الأجهزة التي تحفز الدماغ بإشارات كهربائية لعلاج أمراض مثل الصرع. أقوى آلية حتى الآن هي مجموعة microelectrode ، والمعروفة باسم مجموعة Utah. يبدو كأنه سرير صغير ذو أظافر بحجم نصف الظفر على الإصبع الصغير ، قادر على اختراق جزء معين من الدماغ.

مرة واحدة ، في عام 2010 ، بينما كان في إجازة في Outer Banks - شريط من الجزر الرملية الضيقة الواقعة قبالة ساحل ولاية كارولينا الشمالية - امتد إيان بوركهارت إلى المحيط وضرب رأسه على ضفة رملية. لقد أصيب بتلف في النخاع الشوكي وفقد وظائفه من العصب العنقي السادس وما دونه. كان بإمكانه تحريك كتفيه ومرفقيه ، ولكن ليس بأيديه وقدميه. لم العلاج الطبيعي لا يساعد كثيرا. سأل الأطباء في مركز ويكسنر الطبي بجامعة أوهايو عما إذا كانوا يستطيعون فعل أي شيء آخر. اتضح أن Veksner أراد إجراء دراسة مع شركة Battelle للأبحاث غير الهادفة للربح لمعرفة ما إذا كان يمكن إعادة التنقل إلى أطراف الشلل باستخدام كتلة يوتا.

إذا أظهر مخطط كهربية الدماغ النشاط الكلي لعدد لا يحصى من الخلايا العصبية ، فإن صفائف يوتا يمكنها تسجيل نبضات قادمة من عدد صغير منها ، أو حتى من خلية عصبية واحدة. في عام 2014 ، زرع الأطباء مجموعة يوتا في رأس بوركهارت. قاس الصفيف المجال الكهربائي عند 96 نقطة من قشرة المحرك 30،000 مرة في الثانية. زار بوركهارت المختبر عدة مرات في الأسبوع لأكثر من عام ، وقام الباحثون في باتيل بتدريب خوارزميات معالجة الإشارات على إدراك نواياه ، بينما كان يفكر بشكل منهجي ومكثف في كيفية تحريك يده.

أرسل كبل سميك متصل بمنصة على جمجمة Burkhart النبضات المقاسة بواسطة صفيف Utah إلى كمبيوتر. قام الكمبيوتر بفك تشفيرها ونقل الإشارات إلى غلاف مملوء بالأقطاب الكهربائية ويغطي الساعد الأيمن. قام الجلب بتنشيط عضلاته للقيام بالحركة المرغوبة - الاستيلاء ، رفع الحمولة ، إفراغ الزجاجة ، أو إزالة البطاقة من المحفظة.

هذا جعل بوركهارت واحدًا من أوائل الأشخاص الذين استعادوا السيطرة على العضلات من خلال "مجرى عصبي". تعمل الآن Battelle ، التي تشارك أيضًا في برنامج N ³ ، معه ، في محاولة لمعرفة ما إذا كان من الممكن تحقيق نفس النتائج دون زرع في الجمجمة.

السؤال ليس فقط في إنشاء أجهزة جديدة ، ولكن أيضًا في تطوير تقنيات معالجة الإشارات بجودة أفضل ، وقادرة على التعرف على الإشارات الضعيفة غير المحصنة المتصورة من الجزء الخارجي من الجمجمة. لذلك ، يرأس فريق كارنيجي ميلون جروفر ، وهو مهندس كهرباء ، وليس اختصاصيًا في علم الأعصاب.

بعد وقت قصير من وصول جروفر إلى معهد كارنيجي ميلون ، دعاه صديقه من كلية الطب بجامعة بيتسبيرغ إلى المشاركة في اجتماعات سريرية مع مرضى الصرع. لقد بدأ يشك في أنه يمكن الحصول على معلومات من مخطط كهربية الدماغ أكثر بكثير مما كان يعتقد الجميع من قبل ، وبالتالي ، فإن التلاعب البارع بالإشارات الخارجية يمكن أن يؤثر على الطبقات الأعمق من الدماغ. بعد ذلك بسنوات قليلة ، نشر فريق بقيادة إدوارد بويدن من مركز الهندسة العصبية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مقالة جديرة بالاهتمام تتجاوز بكثير افتراضات جروفر الأولية.

طبقت مجموعة بويدن إشارتين كهربائيتين ذات ترددات عالية ، لكن مختلفة قليلاً ، على الجزء الخارجي من الجمجمة. لقد أثروا في عمل الخلايا العصبية ، ولكن ليس على الخلايا الموجودة على سطح الدماغ ، ولكن تلك الموجودة في مكان أعمق. كجزء من ظاهرة تسمى التداخل البنّاء ، تلقوا إشارة ذات تردد أقل ، مما حفز تنشيط الخلايا العصبية.

يعمل Grover وفريقه الآن على توسيع نتائج Boyden ، باستخدام مئات من الأقطاب الكهربائية الموجودة على سطح الجمجمة لاستهداف مناطق صغيرة من المناطق الداخلية من الدماغ بدقة والتحكم في الإشارة ، وتحويلها من جزء من الدماغ إلى آخر دون تحريك الأقطاب الكهربائية. يقول غروفر إن مثل هذه الفكرة لم تكن لتحدث لعلماء الأعصاب.

وفي الوقت نفسه ، في مختبر جامعة جونز هوبكنز للفيزياء التطبيقية (APL) ، يستخدم فريق آخر من المشروع N ³ مقاربة مختلفة تمامًا: قريبة من ضوء الأشعة تحت الحمراء.

وفقًا للمفاهيم الحديثة ، تتضخم الأنسجة العصبية وتتقلص عندما تنبعث الخلايا العصبية من الإشارات الكهربائية. يسجل العلماء أيضًا هذه الإشارات باستخدام EEG أو مجموعة Utah أو تقنيات أخرى. يدعي APL Dave Blodget أن تورم وتقلص الأنسجة قد لا يكون أسوأ إشارة جودة ، ويريد إنشاء نظام بصري يقيس هذه التغييرات.

لم تستطع التقنيات السابقة التقاط مثل هذه الحركات البدنية الصغيرة. لكن Blodget والفريق أظهروا بالفعل أنهم قادرون على تسجيل النشاط العصبي للماوس عندما يتحرك أحد الهوائيات. بعد مرور عشرة ميلي ثانية على حركة الهوائيات ، سجلت Blodget تنشيط الخلايا العصبية المقابلة باستخدام تقنيته البصرية. وفي الأنسجة العصبية المكشوفة ، سجل فريقه نشاط الخلايا العصبية في 10 ميكروثانية - بنفس سرعة صفيف يوتا أو الطرق الكهربائية الأخرى.

المهمة التالية التي يتعين حلها سيتم تسجيلها من خلال عظام الجمجمة. يبدو الأمر شيئًا مستحيلًا: بعد كل شيء ، تكون الجمجمة غامضة للضوء المرئي. ومع ذلك ، فإن الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء يمكن أن يمر عبر العظام. يقوم فريق Blodgett بمسح الجمجمة باستخدام أشعة تحت الحمراء منخفضة الطاقة وقياس تشتت الضوء من هذه الليزر. إنه يأمل أن يكون من الممكن استخراج معلومات حول نشاط الخلايا العصبية. هذا النهج لديه أدلة أقل من استخدام الإشارات الكهربائية ، ومع ذلك ، فإنه على وجه التحديد مثل هذه المخاطر التي تم تصميم برامج DARPA.

في باتيل ، يطور غوراف شارما نوعًا جديدًا من الجسيمات النانوية القادرة على اختراق حاجز الدم في الدماغ . هذه التكنولوجيا تسمى الحد الأدنى الغازية في DARPA. في الجسيمات النانوية ، يحيط نواة حساسة للحقول المغناطيسية بقذيفة من المادة التي تولد الكهرباء عند الضغط. إذا تم وضع هذه الجسيمات النانوية في مجال مغناطيسي ، فسيضغط قلب الجسيم على الغلاف ، مما ينتج تيارًا صغيرًا. يقول شارما إن المجال المغنطيسي أفضل بكثير للتألق في الجمجمة من الضوء. تسمح الملفات المغناطيسية المختلفة للعلماء باستهداف أجزاء معينة من الدماغ ، ويمكن عكس هذه العملية - تحويل التيارات الكهربائية إلى حقول مغناطيسية عن طريق قراءة الإشارة.

لم يعرف بعد أي من هذه الأساليب ستنجح وما إذا كان. تستخدم فرق أخرى من N ³ مجموعات مختلفة من الموجات الضوئية والمغناطيسية والموجات فوق الصوتية لنقل الإشارات إلى الدماغ وقراءتها من الخارج. كل هذا ، بلا شك ، مثير جدا للاهتمام. ومع ذلك ، بالنسبة لكل هذه الحماسات ، لا ينبغي لأحد أن ينسى مدى سوء الوضع في البنتاغون وفي شركات مثل Facebook (التي تعمل أيضًا على تطوير NCI) ، مع عدد كبير من القضايا الأخلاقية والقانونية والاجتماعية التي يثيرها NCI غير الغازية. كيف تغير أسراب الطائرات بدون طيار التي يسيطر عليها العقل البشري طبيعة الحروب؟ يقول Emondi ، الفصل ³ ، أنه سيتم استخدام NKIs حسب الحاجة. ومع ذلك ، فإن الضرورة العسكرية مفهوم فضفاض.

في أغسطس ، زرت المختبر في باتيل ، حيث عمل بوركهارت لعدة ساعات بجهاز جديد مجهز بـ 150 قطب كهربائي يحفز عضلات الذراع. لقد أعرب هو والباحثون عن أملهم في أن يتمكنوا من الحصول على الكم للعمل دون الاعتماد على مجموعة من إشارات الدماغ في ولاية يوتا.


إيان بوركهارت والباحث


يوتا صفيف

مع تلف الحبل الشوكي ، من الصعب للغاية التفكير في حركة الذراع. بوركهارت كان متعبا. قال لي: "كل شيء يعمل بخطوات - كلما كان نشاطي أكثر نشاطًا ، كانت الحركة أقوى". - في السابق ، لم يكن عليّ التفكير "افتح يدي" - لقد أخذت للتو ورفعت الزجاجة. لكنني متحمس للغاية للنتيجة - أكثر من أي شخص آخر حاضر ". بفضله ، من السهل رؤية إمكانات هذه التكنولوجيا.

وقال إنه منذ بدء العمل مع كتلة يوتا ، أصبح أكثر قوة ومرونة ، حتى في تلك الفترات التي لا يستخدم فيها. يمكنه أن يعيش بالفعل بمفرده ، ويحتاج إلى مساعدة فقط بضع ساعات في اليوم. "يمكنني التحدث أكثر بيدي. يقول: "يمكنني حمل الهاتف". "إذا امتد هذا المشروع إلى شيء يمكن استخدامه يوميًا ، فسأرتديه طالما استطعت".