मस्तिष्क आज और भविष्य में निहित है

मस्तिष्क में प्रत्यारोपित किए गए यूनिडायरेक्शनल सेंसर या फीडबैक डिवाइस का उपयोग मिर्गी और अल्जाइमर जैसी विभिन्न बीमारियों के इलाज के लिए किया जा सकता है, अंग की कृत्रिम अंग और एक्सोस्केलेटन को नियंत्रित करने के लिए, बायोनिक आंख से संकेत प्राप्त करने के लिए, और मस्तिष्क के कार्यों को स्वयं करने के लिए भी।

पिछले तीस वर्षों में, वैज्ञानिक एक ऐसी डिवाइस बनाने की कोशिश कर रहे हैं जो हिप्पोकैम्पस में होने वाली प्रक्रियाओं का अनुकरण करती है ताकि लोगों में नई यादों को बनाने की क्षमता को बहाल किया जा सके - डेटा को अल्पकालिक मेमोरी से दीर्घकालिक में स्थानांतरित करने के लिए। हाल ही में एक काम में, कई अमेरिकी विश्वविद्यालयों के एक दल ने 35-37% यादों की समस्याओं को हल करने के परिणामों में सुधार किया।

आइए चर्चा करते हैं कि शोधकर्ता इस क्षेत्र में कितनी दूर आ गए हैं और जिनसे हमें भविष्य में नए समाधान की उम्मीद करनी चाहिए।


फिल्म "जॉनी Mnemonic" से गोली मार दी

मस्तिष्क प्रत्यारोपण विज्ञान कथाओं का एक क्लासिक है, वे फिल्मों ("जॉनी मेनेमोनिक") और पुस्तकों ("एन्क्लेव्स") में पाए जाते हैं। अक्सर लेखकों और पटकथा लेखकों की कल्पनाओं में, उन्हें स्मृति को बदलने और विस्तारित करने, सीखने की क्षमता बढ़ाने और नेटवर्क तक पहुंच प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एन्क्लेव्स में, एक अतिरिक्त प्रोसेसर को कपाल में बंदरगाह में डाला जा सकता है, जिससे मस्तिष्क की क्षमता कई गुना बढ़ जाती है।

वास्तविक जीवन में, मस्तिष्क प्रत्यारोपण के पहले से ही उदाहरण हैं। सूचना प्राप्त करने के लिए कपाल के अंदर काम करने वाले पहले उपकरणों में से एक सेंसरलाइनुरल हियरिंग लॉस के साथ सुनवाई हानि की भरपाई करने के लिए एक कर्णावत प्रत्यारोपण था: इस विकार में, ध्वनि-प्राप्त तंत्र को नुकसान के कारण सुनवाई खो जाती है। एक न्यूरो कृत्रिम अंग बाहरी आवेग से विद्युत आवेगों को मानव तंत्रिका तंत्र के समझने योग्य संकेतों में परिवर्तित कर देता है। प्रौद्योगिकी का उपयोग 1960 के दशक से किया जा रहा है।


स्रोत

नेत्र प्रोस्थेटिक्स एक समान प्रणाली के अनुसार काम करता है: चश्मे में निर्मित कैमरे से डेटा मुख्य डिवाइस को प्रेषित होता है, जो छवि को एक संकेत में परिवर्तित करता है जो रेटिना से जुड़े इलेक्ट्रोड में जाता है या मस्तिष्क में प्रत्यारोपित होता है। जब तक इस क्षेत्र के सभी उपकरण आपको केवल वस्तुओं की रूपरेखा देखने की अनुमति देते हैं, तब तक रंगों की कोई बात नहीं होती है।

मिर्गी के रोगियों की मदद करने का एक तरीका आक्रामक निगरानी है। इलेक्ट्रोड को रोगियों के मस्तिष्क में प्रत्यारोपित किया जाता है, जो डॉक्टरों को मिर्गी के दौरे की शुरुआत और इसके प्रसार के क्षेत्र को निर्धारित करने में मदद करता है। इन मापदंडों का सटीक निर्धारण रोगी के इलाज के लिए प्रभावी सर्जिकल उपायों की अनुमति देता है। एक अन्य क्षेत्र जो अल्जाइमर रोग या अवसाद के साथ लोगों की मदद करना चाहिए, जिसमें दवाएं मस्तिष्क को प्रभावित करती हैं, मस्तिष्क में दवा के सीधे इंजेक्शन के लिए प्रत्यारोपण है, जो मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी की एक टीम पर काम कर रहे हैं।

दुर्लभ बीमारियों के क्षेत्र में प्रयोग हैं। पहले साइबरबाग में से एक, नील हारबिसन , ने एक्ट्रोमाटोप्सिया के कारण बचपन से फूल नहीं देखे हैं। उसने एक ऐसा उपकरण विकसित किया जो उसे "रंग" सुनने की अनुमति देता है।



एक और आशाजनक क्षेत्र स्मृति में सुधार है। वैज्ञानिक अभी भी पूरी तरह से नहीं समझते हैं कि मानव मस्तिष्क कैसे काम करता है, लेकिन वे पहले से ही अपने कुछ कार्यों को बहाल करने में सक्षम हैं - डिवाइस शाब्दिक रूप से अपने व्यवहार की नकल करते हैं, प्राप्त विद्युत संकेतों को सही अनुक्रम में उत्तेजित करके पुनर्निर्माण करते हैं।

दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के थियोडोर बर्जर ने 25 वर्षों से मस्तिष्क प्रत्यारोपण उपकरणों के साथ मानव स्मृति में सुधार करने के लिए एक रास्ता खोजा है। 2000 के दशक की शुरुआत में, उनके नेतृत्व में वैज्ञानिकों के एक समूह ने प्रयोगात्मक कृन्तकों के लिए पहले हिप्पोकैम्पस कृत्रिम अंग में से एक बनाया। मस्तिष्क का यह क्षेत्र दीर्घकालिक अवधि के लिए अल्पकालिक स्मृति के संक्रमण के लिए जिम्मेदार है। डिमेंशिया के सबसे सामान्य रूप के लक्षण - अल्जाइमर रोग - एक अल्पकालिक स्मृति विकार शामिल है, और रोग के शुरुआती लक्षणों में से एक मस्तिष्क के इस हिस्से की मात्रा में कमी है।

2010 में, बर्जर ने प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड के साथ चूहों पर कई प्रयोगों का आयोजन किया, जो हिप्पोकैम्पस के सीए 3 और सीए 1 क्षेत्रों पर कब्जा कर लिया। कृंतकों ने समस्याओं को हल किया, एक कक्ष में जिसमें दो लीवर दीवार में छिपे थे। पहले आपको लीवर को दबाना पड़ता था, फिर वह एक निश्चित समय के लिए दीवार पर चढ़ जाता था, और चूहे के बाद दिखाई देने वाले दो लीवर में से एक को चुना। पानी लाने के लिए, कृंतक को विपरीत आरंभिक लीवर को दबाना पड़ता था, और यदि वह उसी को दबाता था, तो प्रकाश को बंद करके विषय को दंडित किया जाता था। समस्या को हल करने का समय धीरे-धीरे 5 से 60 सेकंड तक बढ़ाया गया था। इस समय इलेक्ट्रोड ने न्यूरॉन्स के संकेतों को रिकॉर्ड किया जब लीवर दबाया गया था।



रिकॉर्ड किए गए "कोड" ने हमें इस कार्य के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए एक उत्तेजना मॉडल बनाने की अनुमति दी। छवि के निचले बाएं हिस्से में ग्राफ पर, इस मॉडल का उपयोग करके मस्तिष्क की उत्तेजना के दौरान प्राप्त परिणाम नारंगी में चिह्नित हैं, और प्रयोग के पिछले चरण में दर्ज नियंत्रण परिणाम नीले रंग में चिह्नित हैं। इस मामले में, उत्तेजना को लीवर का अनुमान लगाने के क्षण में नहीं किया गया था, लेकिन इसके साथ पहली बातचीत के क्षण में - अर्थात्, संस्मरण के लिए।


आर्टिफिशियल सिग्नल (थियोडोर डब्ल्यू। बर्जर, रॉबर्ट ई। हैम्पसन, डोंग सॉन्ग, अनुष्का गोनावर्दा, वासिलिस जेड। मर्मरेलिस, सैम ए। डेडवाइलर, 2011) जोड़ना

2011 में, बर्गर टीम ने चूहे के मस्तिष्क में सेंसर का उपयोग करके पशु मेमोरी को सक्षम और अक्षम करने की क्षमता का प्रदर्शन किया । दवाओं का उपयोग करते हुए, कृन्तकों ने दीर्घकालिक यादों को बनाने की क्षमता को अवरुद्ध कर दिया - उन्होंने सीए 3 क्षेत्र के काम को अवरुद्ध कर दिया, और फिर इसे इलेक्ट्रोड का उपयोग करके बहाल किया। न्यूरॉन्स की गतिविधि को फिर से बनाने वाले कृत्रिम संकेतों ने सही प्रतिक्रियाओं के प्रतिशत में सुधार किया।


एक कृत्रिम एक के साथ प्राकृतिक हिप्पोकैम्पस सिग्नल की जगह (थियोडोर डब्ल्यू। बर्जर, रॉबर्ट ई। हैम्पसन, डॉन्ग सॉन्ग, अनुष्का गोनावर्दा, वासिलिस जेड। मर्मरेलिस, सैम ए। डेडवाइलर, 2011)

2017 में, मस्तिष्क में प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड वाले लोगों पर प्रयोग शुरू हुआ। बीस स्वयंसेवकों ने संस्मरण के कार्यों को हल किया। सबसे पहले, प्रत्यारोपण ने तंत्रिका संकेतों को दर्ज किया, और फिर मस्तिष्क की उत्तेजना के कारण कार्य के उत्तर को याद रखने के लिए व्यक्ति को "मदद" की। तब अल्पकालिक मेमोरी में 15% सुधार हुआ था। 28 मार्च, 2018 को प्रकाशित एक नए अध्ययन ने इस आंकड़े को बढ़ाकर 35-37% कर दिया। 2014 से, DARPA एजेंसी को स्मृति पुनर्प्राप्ति के मुद्दे में दिलचस्पी रही है: इसने इस शोध को वित्त पोषित किया, और मस्तिष्क में प्रतिक्रिया-प्रत्यारोपण सेंसर बनाने के क्षेत्र में अनुसंधान कार्य के लिए अनुदान भी दिया।

एक नए अध्ययन के लिए, वेक फॉरेस्ट बैपटिस्ट मेडिकल सेंटर और यूनिवर्सिटी ऑफ सदर्न कैलिफोर्निया के वैज्ञानिकों के एक दल ने मिर्गी के आठ मरीजों को एक नैदानिक ​​ब्रेन मैपिंग प्रक्रिया में शामिल किया। प्रतिभागियों के दिमाग के विभिन्न हिस्सों में इलेक्ट्रोड लगाए गए थे। अध्ययन का उद्देश्य एपिसोडिक मेमोरी था , जिसमें थोड़े समय के लिए उपयोगी जानकारी होती है - यह इसके साथ है कि अल्जाइमर रोग, स्ट्रोक और सिर की चोट वाले लोगों में मुख्य समस्याएं उत्पन्न होती हैं।


हिप्पोकैम्पस की तंत्रिका गतिविधि की निगरानी और दोहराव के लिए इलेक्ट्रोड प्रणाली

एक परीक्षण में, रोगियों ने रंगीन ज्यामितीय आकृतियों पर कार्य किया जबकि सेंसर ने हिप्पोकैम्पस में न्यूरॉन्स की गतिविधि को दर्ज किया। दिए गए आंकड़े को देखने के बाद, उन्हें इसे चार या पांच विकल्पों में से चुनना था। मस्तिष्क को सही अनुक्रम में उत्तेजित करने से ऐसी समस्याओं को हल करने की दक्षता 37% बढ़ गई। दूसरा परीक्षण उन्हें दिखाए जाने के एक घंटे बाद फ़ोटो का अनुमान लगाना था। इस बार, उत्तेजना ने प्रदर्शन में 35% सुधार किया।

"वास्तविक" चिह्नित छवि के ऊपरी बाएं हिस्से में, हिप्पोकैम्पल क्षेत्रों के बीच दर्ज किए गए न्यूरॉन सिग्नल हैं, जिन्हें सीए 3 और सीए 1 के रूप में जाना जाता है। यह वह है जो सेंसर ने ट्रैक किया जब प्रतिभागियों ने दिए गए चित्रों को देखा। वैज्ञानिकों ने सही जवाब के दौरान रिकॉर्ड का विश्लेषण किया। और प्रतिक्रिया का उपयोग करके उन्हें फिर से बनाया।


स्रोत

"हमने साबित किया कि हम रोगी की मेमोरी में प्रवेश कर सकते हैं, एक सिग्नल रिकॉर्ड कर सकते हैं और इसे वापस प्रसारित कर सकते हैं।" यहां तक ​​कि ऐसे मामलों में जहां मानव स्मृति बिगड़ा है, तंत्रिका संकेतों के पैटर्न की पहचान करना और गलत संकेतों से सही पैटर्न को अलग करना संभव है। फिर हम नई यादों के निर्माण में रोगी के मस्तिष्क की मदद कर सकते हैं - स्मृति समारोह को बदलने के लिए नहीं, बल्कि इसे बढ़ाने के लिए। अब हम यह निर्धारित करने की कोशिश कर रहे हैं कि मेमोरी फ़ंक्शन को सुधारना कितना संभव है, लेकिन भविष्य में हम लोगों को विशिष्ट यादों को रिकॉर्ड करने में मदद करने की उम्मीद करते हैं - उदाहरण के लिए, जहां वे रहते हैं, उनके पोते क्या दिखते हैं जब उनकी खुद की स्मृति काम करना बंद कर देती है, "रॉबर्ट हैम्पसन, फिजियोलॉजी के प्रोफेसर, कहते हैं। फार्माकोलॉजी और न्यूरोलॉजी वेक वन बैपटिस्ट मेडिकल सेंटर, अध्ययन के लेखकों में से एक है।



केर्नेल स्टार्टअप बर्जर प्रौद्योगिकी के व्यावसायीकरण पर काम कर रहा है । कंपनी के संस्थापक ब्रायन जॉनसन न केवल मेमोरी रिकवरी डिवाइसों की बिक्री शुरू करना चाहते हैं, बल्कि मानव ध्यान और रचनात्मकता को बेहतर बनाने के लिए नए प्रत्यारोपण भी बनाना चाहते हैं, जो वास्तव में, उपकरणों के चिकित्सा उपयोग से परे हैं। इस मामले में, उपकरणों के पास चिकित्सा उपकरणों के लिए सभी आवश्यकताओं का पालन करने और फिटनेस कंगन के साथ सममूल्य पर खड़े होने की आवश्यकता से दूर होने का मौका है।

जॉनसन के पास 2013 में 800 मिलियन डॉलर में पेपाल की बिक्री के लिए धन्यवाद परियोजना के लिए पैसा है। इस परियोजना से जुड़े एक अन्य व्यक्ति, इलोन मस्क ने 2016 में न्यूरालिंक पंजीकृत किया और मस्तिष्क अनुसंधान से संबंधित लोगों को काम पर रखा। छोटी अवधि में, मस्क विभिन्न मस्तिष्क रोगों के इलाज के लिए उपकरणों का उत्पादन करना चाहते हैं, लेकिन भविष्य में, जॉनसन की तरह, वह लोगों को सुधारना चाहते हैं। सहित - उन्हें टेलिपाथिक क्षमताएं देना। मार्च 2018 में, यह ज्ञात हो गया कि कंपनी मास्क को सैन फ्रांसिस्को में जानवरों के साथ प्रयोग करने की अनुमति मिली । न्यूरलिंक टीम में विशेषज्ञों की तलाश जारी है - साइट में रोबोटिक्स, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक, सॉफ्टवेयर डेवलपर्स और अन्य के क्षेत्र में इंजीनियरों के लिए रिक्तियां हैं। मुख्य आवश्यकताओं में से एक बड़ी चुनौतियों को दूर करने की इच्छा है।

पिछले दो वर्षों से, DARPA मानव मस्तिष्क और इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों के बीच सूचना प्रसारित करने के लिए "अभूतपूर्व सिग्नल रिज़ॉल्यूशन और बैंडविड्थ" प्राप्त करने के लिए प्रत्यारोपण योग्य तंत्रिका इंटरफेस के निर्माण पर काम कर रहा है। इलास्टिक इलेक्ट्रोड्स के दिलचस्प उदाहरण हैं, जैसे कि लिंकिंग यूनिवर्सिटी (स्वीडन) के वैज्ञानिकों द्वारा विकसित एक उपकरण : इसके आधार पर, स्वीडन में लुंड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक ऐसा समाधान विकसित किया है जो वास्तविक समय में 1 मिलियन से अधिक न्यूरॉन्स से डेटा को संग्रहीत और संसाधित कर सकता है और 25 की गति से प्रतिक्रिया प्रदान कर सकता है। मिलीसेकेंड।

हार्डवेयर और प्रसंस्करण समाधानों के आगे विकास से हम मस्तिष्क के अनुसंधान के हिस्से को सॉफ्टवेयर के क्षेत्र में स्थानांतरित कर सकेंगे। दक्षता बढ़ाने के लिए, न्यूरो कंप्यूटर सिस्टम के सभी तत्वों का मानकीकरण आवश्यक है। लेकिन अभी के लिए, यह विज्ञान कथा है।