Ilustración: ParadromicsEl Departamento de Defensa de Proyectos de Investigación Avanzada (DARPA) ha
celebrado seis contratos para el desarrollo de interfaces neuronales bajo el
programa de Diseño de Sistemas de Ingeniería Neural (NESD) . Este programa tiene como objetivo "mejorar significativamente las oportunidades de investigación para neurotecnologías y proporcionar la base para nuevos tratamientos".
En la práctica, DARPA busca desarrollar una interfaz neuronal implantable que proporcionará "una resolución de señal y tasas de transferencia de datos sin precedentes entre el cerebro humano y el mundo digital". Los términos de referencia indican que la interfaz debería funcionar como un convertidor-traductor, convirtiendo las señales electroquímicas del cerebro en un código digital (ceros y unos), que se utiliza en informática. Y realice la transformación inversa para escribir datos en el cerebro. El objetivo es un dispositivo de comunicación para la interfaz cerebro-computadora con un volumen de no más de 1 cm
3 .
Los contratos se celebran con cinco organizaciones de investigación y una empresa comercial:
- Universidad de Brown . Decodificación del procesamiento del habla neural con énfasis en el tono y la vocalización. La interfaz consta de 100,00 sensores (neurograin), implantados en la superficie o dentro de la corteza cerebral. Un módulo de radio separado proporciona energía al implante y sirve como un centro para transmitir datos hacia y desde el centro de control. Allí, a su vez, se realiza la transcodificación y el procesamiento de señales neuronales y digitales.
- Universidad de Columbia Interfaz bioeléctrica en la corteza visual utilizando un chip CMOS flexible con una matriz integrada de electrodos. Se monta una estación de rayos X en la cabeza de una persona para transmitir una señal y transferir energía de forma inalámbrica al implante.
- Fondation Voir et Entender (Fundación para la visión y la audición). Interfaz de comunicación optogenética entre las neuronas de la corteza visual y la retina artificial de alta resolución con una cámara de video, que se instala en lugar del ojo.
- Laboratorio de John B. Pierce . El estudio de la visión. Interfaz para la comunicación con neuronas modificadas capaces de bioluminiscencia y sensibles a la estimulación optogenética.
- Universidad de California, Berkeley . Un microscopio holográfico de "campo de luz" que puede registrar y modular la actividad de hasta 1 millón de neuronas en la corteza cerebral . Un intento de crear modelos de codificación para predecir la respuesta de las neuronas a la estimulación visual y táctil externa, y luego aplicar estos patrones para restaurar la visión en pacientes ciegos o controlar prótesis artificiales usando comandos mentales.
- Paradromics, Inc. Una interfaz de alta velocidad a la corteza cerebral a través de una red de microhilos penetrantes para estimular neuronas individuales y eliminar información de ellas en alta resolución. Se supone que el implante ayuda a restaurar la función del habla.
El diámetro de cada microhilo Paradromics es inferior a 20 micras."Hoy, los mejores sistemas con una interfaz cerebro-computadora son como dos supercomputadoras que intentan comunicarse a 300 baudios", dice Phillip Alvelda, gerente de programas de NESD. "Imagine qué perspectivas se abrirán si actualizamos nuestras herramientas y realmente abrimos el canal entre el cerebro humano y la electrónica moderna".
Una de las aplicaciones más obvias de la nueva interfaz es la compensación de información para personas con discapacidad auditiva y visual. Podrán obtener la imagen y el sonido necesarios directamente en el cerebro, y su resolución puede exceder teóricamente las capacidades de la visión y el oído humanos naturales (por ejemplo, los datos para la transmisión se pueden tomar de micrófonos direccionales, cámaras infrarrojas y cámaras termográficas). Probablemente, tales interfaces encontrarán aplicación en asuntos militares.
Hasta la fecha, las mejores interfaces neuronales recopilan información a través de solo 100 canales, cada uno de los cuales combina información de decenas de miles de neuronas simultáneamente. El resultado es una imagen borrosa y ruidosa con una resolución baja, que no permite restaurar claramente los pensamientos e imágenes individuales del cerebro. Por el contrario, el programa NESD tiene como objetivo crear
interfaces neuronales de alta resolución que le permitirán leer y escribir datos de forma clara y precisa de cada una de 1 millón de neuronas individuales.
Aunque la tarea de leer datos de 1 millón de neuronas individualmente se ve fantástica, este número representa solo una pequeña fracción de los 86 mil millones de neuronas que conforman el cerebro humano. Por lo tanto, este es solo el primer paso para desentrañar los secretos del pensamiento humano.
DARPA planea asignar $ 65 millones para investigación durante cuatro años. En el primer año, los desarrolladores se centrarán en innovaciones conceptuales en el campo del hardware y software, y también realizarán experimentos en animales y células cultivadas. En la segunda etapa, comenzará la investigación básica, el trabajo sobre la miniaturización de los componentes y la integración, así como la cooperación con la FDA en la regulación de las nuevas tecnologías.
Los desarrolladores tienen que superar una serie de obstáculos técnicos, pero estos seis grupos pudieron formular sus planes y convencer a DARPA de que es realista implementarlos.