Wie nah sind wir an der Verschmelzung von Geist und Maschine?

Umgehungsbeschränkungen

So wie die alten Griechen vom Fliegen geträumt haben, träumen wir heute davon, Gehirn und Maschine zu kombinieren, um das lästige Problem der menschlichen Sterblichkeit zu bekämpfen. Kann sich der Geist über die Neurointerface (BCI) direkt mit künstlicher Intelligenz, Robotern und anderen Köpfen verbinden , um unsere menschlichen Grenzen zu überwinden?

In den letzten 50 Jahren haben Forscher aus Universitätslabors und Unternehmen auf der ganzen Welt beeindruckende Fortschritte in Richtung einer solchen Zukunft erzielt. Kürzlich haben erfolgreiche Unternehmer wie Elon Musk ( Neuralink ) und Brian Johnson ( Kernel ) neue Unternehmen angekündigt, deren Ziel es ist, die menschlichen Fähigkeiten durch die Kombination von Gehirn und Computer zu erweitern.

Wie nah sind wir an der erfolgreichen Integration unseres Gehirns in Maschinen? Und was könnten die Konsequenzen sein?

Start: Rehabilitation und Genesung

Eb Fetz, Forscher am Center for Sensory Neural Engineering (CSNE) , ist einer der Pioniere bei der Verbindung von Maschinen mit dem Gehirn. 1969, bevor die ersten PCs auftauchten, zeigte er, dass Affen ihre Gehirnsignale verwenden können, um eine Nadel zu steuern, die sich über eine Scheibe bewegt.

Die meisten aktuellen Arbeiten zu BCI zielen darauf ab, die Lebensqualität von gelähmten Menschen oder Menschen mit schwerwiegenden motorischen Beeinträchtigungen zu verbessern. Vielleicht haben Sie in den Nachrichten davon gehört: Forscher der University of Pittsburgh verwenden im Gehirn aufgezeichnete Signale, um einen Roboterarm zu steuern . Stanford-Forscher können den Wunsch extrahieren, gelähmte Patienten aus Gehirnsignalen zu bewegen, sodass sie das Tablet drahtlos verwenden können.

In ähnlicher Weise können einige begrenzte virtuelle Empfindungen unter Verwendung eines elektrischen Stroms innerhalb oder auf der Oberfläche des Gehirns zum Gehirn zurückgesendet werden.

Wie wäre es mit unseren Hauptgefühlen - Sehen und Hören? Die ersten Versionen von bionischen Augen für Menschen mit schwerer Sehbehinderung wurden kommerziell veröffentlicht, und verbesserte Versionen werden derzeit klinisch getestet . Hörimplantate hingegen sind zu einem der erfolgreichsten und am häufigsten verwendeten bionischen Implantate geworden - mehr als 300.000 Menschen weltweit verwenden sie.



Eine bidirektionale Schnittstelle zwischen Gehirn und Computer (BBCI) kann Signale vom Gehirn aufzeichnen und durch Stimulation Informationen an das Gehirn zurücksenden. Zentrum für sensomotorische neuronale Technik (CSNE), CC BY-ND

Die komplexesten BCIs sind die „bidirektionalen“ BCIs (BBCIs), die Signale vom Nervensystem empfangen und an dieses senden können. In unserem Zentrum untersuchen wir BBCI als radikal neues Rehabilitationsinstrument zur Behandlung von Schlaganfällen und Rückenmarksverletzungen. Wir haben gezeigt, dass BBCI verwendet werden kann, um Verbindungen zwischen zwei Bereichen des Gehirns oder zwischen Gehirn und Rückenmark zu stärken und Informationen um den Schadensbereich herum umzuleiten, um ein gelähmtes Glied wiederzubeleben .

Wenn Sie sich all diese Erfolge ansehen, könnten Sie denken, dass die neuronale Schnittstelle das nächste Consumer-Gadget wird.

Noch am Anfang

Ein genauer Blick auf das BCI zeigt jedoch, dass wir noch nicht weit weg sind: Wenn das BCI die Bewegungen steuert, sind sie viel langsamer, weniger genau und weniger kompliziert als diejenigen, die normale Menschen leicht mit ihren Gliedern machen. Bionische Augen haben eine sehr niedrige Auflösung, Hörimplantate können Sprachinformationen elektronisch übertragen, aber die Musik verzerren. Und damit all diese Technologien funktionieren, müssen die Elektroden chirurgisch implantiert werden - eine Aussicht, die die meisten Menschen noch nicht akzeptiert haben.

Es sind jedoch nicht alle BCIs invasiv. Es gibt nicht-invasive BCIs, die keine Operation erfordern. Sie basieren normalerweise auf elektrischen (EEG ) Aufzeichnungen von der Kopfhaut und werden verwendet, um die Kontrolle von Cursorn , Rollstühlen , Roboterarmen , unbemannten Luftfahrzeugen , humanoiden Robotern und sogar der Kommunikation zwischen Gehirn und Gehirn zu demonstrieren.



Ein elektrokortikographisches Gitter, das zum Erfassen elektrischer Veränderungen auf der Oberfläche des Gehirns verwendet wird, wird auf elektrische Eigenschaften getestet. Zentrum für sensomotorische Neurotechnik, CC BY-ND


Alle diese Erfolge wurden jedoch im Labor erzielt, wo die Räume ruhig sind, die Probanden nicht abgelenkt werden, die Vorbereitungsprozesse langwierig und methodisch sind und die Experimente lange genug fortgesetzt werden, um ein Arbeitskonzept zu zeigen. Es ist sehr schwierig, diese Systeme schnell und langlebig zu machen, um sie in der Praxis in der Praxis einzusetzen.

Selbst bei implantierten Elektroden tritt beim Versuch, Gedanken zu lesen, ein Problem auf - aufgrund der schlecht untersuchten Struktur unseres Gehirns. Wir wissen, dass jedes Neuron und seine Tausenden von Nachbarn ein unvorstellbar großes und sich ständig veränderndes Netzwerk bilden . Was bedeutet das für Neuroingenieure?

Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, ein Gespräch zwischen einer großen Gruppe von Freunden zu einem komplexen Thema zu verstehen, dürfen aber nur einer Person zuhören. Vielleicht können Sie sehr grob herausfinden, worum es geht, aber Sie werden definitiv nicht alle Details und Nuancen kennen. Und mit unseren besten Implantaten können wir nur mehrere kleine Bereiche des Gehirns gleichzeitig anhören, so dass wir einige beeindruckende Dinge tun können, aber wir verstehen nicht das gesamte „Gespräch“.

Es gibt auch das, was wir als Sprachbarriere betrachten. Neuronen kommunizieren miteinander durch die komplexe Wechselwirkung von elektrischen Signalen und chemischen Reaktionen. Diese natürliche elektrochemische Sprache kann mit elektrischen Schaltkreisen interpretiert werden, ist aber nicht einfach. Wenn wir Signale durch elektrische Stimulation an das Gehirn übertragen, klingen sie ebenfalls mit einem starken elektrischen „Akzent“. Dies macht es für Neuronen schwierig zu verstehen, was die Stimulation im Verlauf aller gegenwärtigen nervösen Aktivitäten zu vermitteln versucht .

Schließlich gibt es ein Problem der Beschädigung. Das Gehirngewebe ist weich und zart, während die meisten unserer elektrisch leitenden Materialien - die Drähte, die mit dem Gehirngewebe verbunden sind - sehr steif sind. Der Grund, warum implantierte Elektronik häufig Narben und Immunantworten verursacht und Implantate mit der Zeit ihre Wirksamkeit verlieren. Flexible biokompatible Fasern und Arrays können das Problem letztendlich lösen.

Koadaptation

Trotz all dieser Probleme blicken wir optimistisch in unsere bionische Zukunft. BCI muss nicht perfekt sein. Das Gehirn ist überraschend anpassungsfähig und kann lernen, wie man BCI genauso verwendet, wie wir neue Fähigkeiten erlernen , z. B. Autofahren oder die Verwendung der Touchscreen-Oberfläche. In ähnlicher Weise kann das Gehirn lernen, neue Arten von sensorischen Informationen zu interpretieren, selbst wenn sie nicht-invasiv verwendet werden , beispielsweise unter Verwendung elektromagnetischer Impulse.


Wir glauben, dass ein „co-adaptives“ bidirektionales BCI, bei dem die Elektronik mit dem Gehirn lernt und ihm im Lernprozess Informationen übermittelt, ein notwendiger Schritt bei der Schaffung einer vollwertigen neuronalen Schnittstelle sein kann. Die Schaffung eines solchen koadaptiven bidirektionalen BCI ist das Ziel unseres Zentrums.

Wir freuen uns auch über die jüngsten Fortschritte bei der Behandlung von Krankheiten wie Diabetes mithilfe der "Elektrotherapie" - experimentelle kleine Implantate, die die Krankheit ohne Medikamente behandeln und Befehle direkt an die inneren Organe senden.

Forscher haben neue Wege gefunden, um die elektro-biochemische Sprachbarriere zu überwinden. Zum Beispiel kann das Injizieren von „neuronaler Spitze“ ein guter Weg sein, um das neuronale Wachstum um implantierte Elektroden herum zu erhöhen, anstatt sie abzulehnen. Flexible Nanodrahtsonden , flexible neuronale Basen und glasartige Kohlenstoffgrenzflächen können es auch ermöglichen, dass biologische und technologische Computer in Zukunft erfolgreich in unserem Körper koexistieren.

Von der Hilfe zur Verbesserung

Das neue Startup Ilona Mask - Neuralink hat das ultimative Ziel angekündigt - Menschen mit Hilfe von BCI zu verbessern, um unserem Gehirn einen Vorsprung im laufenden Wettlauf zwischen menschlicher und künstlicher Intelligenz zu verschaffen. Er hofft, dass das menschliche Gehirn mit der Fähigkeit, sich mit Maschinen zu verbinden, seine eigenen Fähigkeiten verbessern wird - und es uns vielleicht ermöglichen wird, die Zukunft zu vermeiden, in der die KI die menschlichen Fähigkeiten bei weitem übertreffen wird. Eine solche Vision mag natürlich distanziert oder ungewöhnlich erscheinen, aber wir sollten sie nicht nur aus diesem Grund ablehnen. Immerhin waren selbstfahrende Autos vor anderthalb Jahrzehnten Science-Fiction - und jetzt haben sie unsere Straßen gefüllt.



BCI kann in verschiedenen Dimensionen untersucht werden: ob es mit dem peripheren Nervensystem (Nerv) oder dem Zentralnervensystem (Gehirn) interagiert, ob es invasiv oder nicht invasiv ist und ob es zur Wiederherstellung verlorener Funktionen beiträgt oder die Fähigkeiten verbessert. James Woo; angepasst von Sakurambo, CC BY-SA

Da die Schnittstellen zwischen Gehirn und Computer über die Wiederherstellung der Funktionen von Menschen mit Behinderungen und die Erweiterung der Fähigkeiten von Menschen mit Behinderungen hinausgehen, müssen wir uns einer Reihe von Problemen im Zusammenhang mit Einwilligung, Datenschutz, Identität und Gleichheit bewusst sein. In unserem Zentrum arbeitet ein Team von Philosophen, Ärzten und Ingenieuren aktiv an der Lösung der Probleme ethischer, moralischer und sozialer Gerechtigkeit und bietet neuroethische Empfehlungen an, bevor sie in unser Leben eintreten.

Die direkte Verbindung unseres Gehirns mit einer Maschine kann letztendlich eine natürliche Erweiterung dessen sein, wie Menschen ihre Fähigkeiten im Laufe der Jahrhunderte erweitert haben, von der Verwendung von Rädern zur Überwindung unserer Reisebeschränkungen über Schilder auf Tontafeln und Papier bis hin zur Erweiterung unseres Gedächtnisses. Wie Computer, Smartphones und Virtual-Reality-Headsets wird BCI beim Eintritt in den Verbrauchermarkt aufregend, enttäuschend, riskant und gleichzeitig vielversprechend sein.

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