जैसा कि अमेरिकी सेना दिमाग पढ़ने की कोशिश करती है

नया शोध कार्यक्रम DARPA एक मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफ़ेस विकसित कर रहा है, जिसके साथ "विचारों की गति को नियंत्रित करना, विचार की गति से काम करना" संभव होगा। अगर यह काम करता है तो क्या होगा?

अगस्त में, कार्नेगी मेलन विश्वविद्यालय के तीन स्नातक छात्रों ने माउस मस्तिष्क के एक टुकड़े को झटका देने के लिए एक 3 डी प्रिंटर से इकट्ठे एक अस्थायी स्थापना का उपयोग करने के लिए एक छोटे, खिड़की रहित बेसमेंट लैब में उतारा।

हिप्पोकैम्पस से उकेरे गए मस्तिष्क का यह टुकड़ा लहसुन के पतले टुकड़े की तरह था। उन्होंने डिवाइस के केंद्र के करीब स्थित एक मंच पर आराम किया। एक पतली ट्यूब ने नमक, ग्लूकोज और अमीनो एसिड के घोल से स्लाइस को धोया। इस प्रकार, उसे कुछ हद तक जीवित रहने के समान स्थिति में रखा गया था: उसके अंदर के न्यूरॉन्स सक्रिय होते रहे, जिससे डेटा एकत्र करने की अनुमति मिली। नीचे स्थित इलेक्ट्रोड की एक सरणी ने विद्युत निर्वहन दिया, और एक सिरिंज के समान एक धातु की जांच ने न्यूरॉन्स की प्रतिक्रिया को मापा। उज्ज्वल एलईडी लैंप ने कप को रोशन किया। यह सब उसके घुटने पर एकत्रित दिखता था।

डिवाइस के बगल में मॉनिटर पर, उत्तेजनाएं और एक प्रतिक्रिया दिखाई दे रही थी: विद्युत आवेगों के बाद कुछ मिलीसेकंड, न्यूरॉन्स सक्रिय हो गए थे। बाद में, प्रयोगकर्ता ऊतक और इलेक्ट्रोड के एक टुकड़े के बीच खोपड़ी की हड्डियों के लिए चालकता और पारदर्शिता के समान सामग्री डाल देंगे ताकि पता लगाया जा सके कि क्या वे खोपड़ी की नकल के माध्यम से माउस हिप्पोकैम्पस को उत्तेजित कर सकते हैं।

उन्होंने ऐसा इसलिए किया क्योंकि वे खोपड़ी को काटने और नाजुक मस्तिष्क के ऊतकों को छूने के बिना मानव मस्तिष्क के संकेतों को पहचानना और नियंत्रित करना चाहते थे। उनका लक्ष्य सटीक और संवेदनशील मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफेस विकसित करना है, जिसे बिना किसी सर्जरी के बिना किसी हेलमेट या हेडबैंड की तरह हटाया और डाला जा सकता है।

मानव खोपड़ी की हड्डियों की मोटाई एक सेंटीमीटर से कम है। सटीक संख्याएं व्यक्ति से दूसरे व्यक्ति में भिन्न होती हैं, साथ ही एक स्थान से दूसरे स्थान पर भी। वे तरंगों को धुंधला करते हैं, चाहे वह विद्युत प्रवाह, प्रकाश या ध्वनि हो। ब्रेन न्यूरॉन्स एक मिलीमीटर के कुछ हजारवें हिस्से जितना छोटा हो सकता है, और एक वोल्ट के बीसवें हिस्से के वोल्टेज के साथ विद्युत आवेग उत्पन्न करता है।

स्नातक छात्रों के प्रयोगों में, बुनियादी डेटा एकत्र करना था, जिसकी तुलना नई तकनीक को लागू करने के परिणामों से की जा सकती है, जो कि पुलकित ग्रोवर, टीम के मुख्य वैज्ञानिक सलाहकार, को विकसित करने की उम्मीद है।

"अब तक ऐसा करना असंभव है, और यह एक बहुत ही मुश्किल काम है," ग्रोवर कहते हैं। वह अगली पीढ़ी के नॉनसर्जिकल न्यूरोटेक्नोलोजी कार्यक्रम में भाग लेने वाली छह टीमों में से एक का नेतृत्व करता है, या एन ³ , इस साल DARPA द्वारा शुरू की गई $ 104 मिलियन की परियोजना है। ग्रोवर की टीम बिजली और अल्ट्रासाउंड के साथ काम करती है, अन्य टीम मैग्नेट या ऑप्टिक्स का उपयोग करती हैं। और यदि उनमें से कोई भी सफल होता है, तो परिणाम क्रांतिकारी होंगे।

सर्जरी महंगी है, और सुपर-सिपाही बनाने के लिए सर्जिकल हस्तक्षेप भी नैतिक रूप से मुश्किल है। सर्जिकल हस्तक्षेप की आवश्यकता नहीं है कि विचारों को पढ़ने के लिए एक उपकरण संभावनाओं की एक बड़ी संख्या को खोल देगा। न्यूरो कंप्यूटर इंटरफेस (NQI) का उपयोग लकवाग्रस्त लोगों को शरीर पर आंशिक नियंत्रण वापस करने के लिए किया गया था, और इराक और अफगानिस्तान में युद्ध के दिग्गजों को अनुमति देते हैं जो कृत्रिम लोगों को नियंत्रित करने के लिए अंग खो चुके हैं। N ³ अधिक आक्रामक उपयोग के लिए NKI को विकसित करने के लिए अमेरिकी सेना द्वारा पहला गंभीर प्रयास है। कार्यक्रम एन ^{3 के} निदेशक अल इमोंडी का कहना है, "व्यक्तिगत ड्रोन और उनके झुंड के साथ काम करना, विचार की गति से, और यांत्रिक उपकरणों की गति से नहीं - यही कारण है कि इन उपकरणों की वास्तव में आवश्यकता है।"

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स के कंप्यूटर विशेषज्ञ, जैक्स जे। विडाल, ने पहली बार 1970 के दशक में मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफ़ेस शब्द का उपयोग किया था; और यह उन वाक्यांशों में से एक निकला, जैसे कि "कृत्रिम बुद्धिमत्ता", जिसकी परिभाषा उसके द्वारा वर्णित क्षमताओं के विकास के समानांतर विकसित होती है। इलेक्ट्रोएन्सेफ्लोग्राफी (ईईजी), खोपड़ी पर रखे गए इलेक्ट्रोड का उपयोग करके मस्तिष्क की गतिविधि को रिकॉर्ड करना, मस्तिष्क और कंप्यूटर के बीच पहला इंटरफ़ेस माना जा सकता है। 1990 के दशक के अंत में, पश्चिमी रिजर्व क्षेत्र के कीज़ विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने ईईजी का उपयोग एक लकवाग्रस्त व्यक्ति की मस्तिष्क तरंगों की व्याख्या करने के लिए किया, जिसने उसे अपनी खोपड़ी से जुड़े इलेक्ट्रोड का उपयोग करके कंप्यूटर पर कर्सर ले जाने की अनुमति दी।

तब से, दोनों प्रकार के मस्तिष्क और आक्रामक और गैर-आक्रामक दोनों के संकेतों को पढ़ने के लिए तकनीकों को सक्रिय रूप से विकसित किया गया है। उपकरण भी विकसित किए जा रहे हैं जो मस्तिष्क को विद्युत संकेतों के साथ उत्तेजित करते हैं ताकि मिर्गी जैसे रोगों का इलाज किया जा सके। तिथि करने के लिए सबसे शक्तिशाली तंत्र माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणी है, जिसे यूटा सरणी के रूप में जाना जाता है। यह नाखूनों के साथ एक छोटे से बिस्तर जैसा दिखता है, छोटी उंगली पर आधा नाखून का आकार, मस्तिष्क के दिए गए हिस्से में घुसने में सक्षम है।

एक बार, 2010 में, आउटर बैंकों में छुट्टी के समय - उत्तरी कैरोलिना के तट पर संकीर्ण रेतीले अवरोधक द्वीपों की एक पट्टी - इयान बुर्कार्ट ने समुद्र में डुबकी लगाई और अपने सिर को एक सैंडबैंक पर मारा। उन्होंने अपनी रीढ़ की हड्डी को नुकसान पहुंचाया और छठे ग्रीवा तंत्रिका और नीचे से कार्यों को खो दिया। वह अपने कंधे और कोहनी को हिला सकता था, लेकिन अपने हाथों और पैरों से नहीं। फिजियोथेरेपी ने ज्यादा मदद नहीं की। उन्होंने ओहियो विश्वविद्यालय के वेक्सनर मेडिकल सेंटर के डॉक्टरों से पूछा कि क्या वे कुछ और कर सकते हैं। यह पता चला कि वेक्सनर गैर-लाभकारी अनुसंधान कंपनी बैटल के साथ मिलकर एक अध्ययन करना चाहते थे ताकि यह पता लगाया जा सके कि उताह द्रव्यमान का उपयोग करके लकवाग्रस्त अंगों को बहाल किया जा सकता है या नहीं।

यदि ईईजी अनगिनत न्यूरॉन्स की कुल गतिविधि दिखाता है, तो यूटा सरणियां उनमें से एक छोटी संख्या से आने वाले आवेगों को रिकॉर्ड कर सकती हैं, या एक न्यूरॉन से भी। 2014 में, डॉक्टरों ने यूटेर सरणी को बुर्कहार्ट के सिर में प्रत्यारोपित किया। सरणी ने अपने मोटर कॉर्टेक्स के 96 बिंदुओं पर प्रति सेकंड 30,000 बार विद्युत क्षेत्र को मापा। बुर्खार्ट ने एक वर्ष से अधिक समय तक सप्ताह में कई बार प्रयोगशाला का दौरा किया, और बैटल के शोधकर्ताओं ने उनके इरादों को समझने के लिए सिग्नल प्रोसेसिंग एल्गोरिदम को प्रशिक्षित किया, जबकि वह व्यवस्थित और तीव्रता से इस बारे में सोचते थे कि वह अपना हाथ कैसे चलाना चाहते हैं।

बर्कहार्ट की खोपड़ी पर एक प्लेटफ़ॉर्म से जुड़ी एक मोटी केबल को यूटा सरणी द्वारा मापा गया दालों को एक कंप्यूटर पर भेजा गया। कंप्यूटर ने उन्हें डिक्रिप्ट किया और सिग्नल को इलेक्ट्रोड से भरे हुए आस्तीन पर स्थानांतरित कर दिया और उसके दाहिने अग्र भाग को ढंक दिया। आस्तीन ने अपनी मांसपेशियों को वांछित आंदोलन करने के लिए सक्रिय किया - कब्जाना, भार उठाना, बोतल खाली करना, या बटुए से कार्ड निकालना।

इसने बर्कहार्ट को "न्यूरल बाईपास" के माध्यम से मांसपेशियों पर नियंत्रण पाने वाले पहले लोगों में से एक बना दिया। अब बैटल, भी एन ³ कार्यक्रम में भाग ले रहा है, उसके साथ काम कर रहा है, यह पता लगाने की कोशिश कर रहा है कि क्या खोपड़ी में प्रत्यारोपण के बिना समान परिणाम प्राप्त करना संभव है।

सवाल केवल नए उपकरणों के निर्माण में ही नहीं है, बल्कि बेहतर गुणवत्ता की सिग्नल प्रोसेसिंग तकनीकों के विकास में भी है, जो खोपड़ी के बाहरी हिस्से से आने वाले कमजोर, पिघले हुए संकेतों को पहचानने में सक्षम है। इसलिए, कार्नेगी मेलन टीम का नेतृत्व ग्रोवर द्वारा किया जाता है, जो एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियर है, न कि एक न्यूरोसाइंटिस्ट।

ग्रोवर के कार्नेगी मेलन इंस्टीट्यूट में पहुंचने के कुछ समय बाद, पिट्सबर्ग मेडिकल स्कूल के उनके मित्र ने उन्हें मिर्गी के रोगियों के साथ नैदानिक ​​बैठकों में भाग लेने के लिए आमंत्रित किया। उन्हें संदेह होने लगा कि ईईजी से बहुत अधिक जानकारी पहले से सोचे गए सभी लोगों से ली जा सकती है - और इसलिए, बाहरी संकेतों के सरल जोड़तोड़ मस्तिष्क की गहरी परतों को प्रभावित कर सकते हैं। कुछ साल बाद, एमआईटी में सेंटर फॉर न्यूरोबायोलॉजिकल इंजीनियरिंग के एडवर्ड बॉयडेन के नेतृत्व में एक टीम ने एक उल्लेखनीय लेख प्रकाशित किया, जो ग्रोवर की प्रारंभिक धारणा से बहुत आगे है।

बॉयडेन के समूह ने खोपड़ी के बाहरी हिस्से में उच्च, लेकिन थोड़ा अलग आवृत्तियों के दो विद्युत संकेतों को लागू किया। उन्होंने न्यूरॉन्स के काम को प्रभावित किया, लेकिन वे मस्तिष्क की सतह पर स्थित नहीं थे, लेकिन जो गहरे स्थित थे। रचनात्मक हस्तक्षेप नामक एक घटना के हिस्से के रूप में, उन्हें एक कम आवृत्ति का संकेत मिला, जो न्यूरॉन्स की सक्रियता को उत्तेजित करता है।

ग्रोवर और उनकी टीम अब बॉयडेन के परिणामों के विस्तार पर काम कर रहे हैं, खोपड़ी की सतह पर स्थित सैकड़ों इलेक्ट्रोडों का उपयोग करके मस्तिष्क के आंतरिक क्षेत्रों के छोटे क्षेत्रों को सटीक रूप से लक्षित करते हैं और सिग्नल को नियंत्रित करते हैं, इसे इलेक्ट्रोड को स्थानांतरित करने के लिए मस्तिष्क के एक हिस्से से दूसरे हिस्से में स्विच करते हैं। ग्रोवर कहते हैं कि ऐसा विचार शायद ही न्यूरोसाइंटिस्टों के लिए हुआ हो।

इस बीच, एप्लाइड फिजिक्स (एपीएल) के जॉन्स हॉपकिंस विश्वविद्यालय प्रयोगशाला में, प्रोजेक्ट एन ^{3 की} एक और टीम पूरी तरह से अलग दृष्टिकोण का उपयोग करती है: अवरक्त प्रकाश के करीब।

आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, तंत्रिका ऊतक सूजन और अनुबंध करते हैं जब न्यूरॉन्स विद्युत संकेतों का उत्सर्जन करते हैं। वैज्ञानिक ईईजी, यूटा सरणी या अन्य प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके इन संकेतों को भी रिकॉर्ड करते हैं। एपीएल डेव ब्लोडेट का दावा है कि ऊतक की सूजन और संकुचन सबसे खराब गुणवत्ता संकेत नहीं हो सकता है, और एक ऑप्टिकल प्रणाली बनाना चाहता है जो इन परिवर्तनों को मापता है।

अतीत की प्रौद्योगिकियां इस तरह के छोटे शारीरिक आंदोलनों को पकड़ नहीं पाईं। लेकिन ब्लोडेट और टीम ने पहले ही दिखा दिया है कि वे माउस की तंत्रिका गतिविधि को पंजीकृत करने में सक्षम हैं जब यह एंटीना में से एक को स्थानांतरित करता है। एंटीना के आंदोलन के बाद दस मिलीसेकंड, ब्लोडेट ने अपनी ऑप्टिकल तकनीक का उपयोग करके संबंधित न्यूरॉन्स की सक्रियता दर्ज की। और उजागर तंत्रिका ऊतक में, उनकी टीम ने 10 माइक्रोसेकंड में न्यूरॉन्स की गतिविधि दर्ज की - उटा सरणी या अन्य विद्युत विधियों के समान गति से।

हल किया जाने वाला अगला कार्य खोपड़ी की हड्डियों के माध्यम से रिकॉर्डिंग होगा। यह कुछ असंभव जैसा लगता है: आखिरकार, खोपड़ी दिखाई देने वाली रोशनी में अपारदर्शी है। हालांकि, अवरक्त के करीब प्रकाश हड्डियों के माध्यम से गुजर सकता है। ब्लोडेट टीम कम-ऊर्जा वाले अवरक्त लेजर के साथ खोपड़ी को स्कैन करती है, और इन लेजर से प्रकाश के प्रकीर्णन को मापती है। उन्हें उम्मीद है कि इससे न्यूरॉन्स की गतिविधि के बारे में जानकारी निकालना संभव होगा। इस दृष्टिकोण के पास विद्युत संकेतों के उपयोग की तुलना में कम सबूत हैं, हालांकि, यह ऐसे जोखिमों पर सटीक रूप से है कि DARPA कार्यक्रमों को डिज़ाइन किया गया है।

बैटल में, गौरव शर्मा रक्त-मस्तिष्क अवरोध को भेदने में सक्षम एक नए प्रकार के नैनोकण का विकास कर रहे हैं। इस तकनीक को DARPA में न्यूनतम इनवेसिव कहा जाता है। नैनोकणों में, चुंबकीय क्षेत्रों के प्रति संवेदनशील एक कोर एक सामग्री के एक खोल से घिरा हुआ है जो दबाव में बिजली उत्पन्न करता है। यदि इन नैनोकणों को एक चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो कण का कोर खोल पर दबाएगा, जो एक छोटे से वर्तमान का उत्पादन करेगा। एक चुंबकीय क्षेत्र प्रकाश की तुलना में खोपड़ी के माध्यम से चमकने के लिए बेहतर है। विभिन्न चुंबकीय कॉइल वैज्ञानिकों को मस्तिष्क के कुछ हिस्सों को लक्षित करने की अनुमति देते हैं, और इस प्रक्रिया को उलटा किया जा सकता है - सिग्नल को पढ़कर विद्युत धाराओं को चुंबकीय क्षेत्रों में परिवर्तित करें।

यह अभी तक ज्ञात नहीं है कि इनमें से कौन सा दृष्टिकोण सफल होगा, और क्या। N ^{3 की} अन्य टीमें मस्तिष्क तक संकेतों को प्रेषित करने और उन्हें बाहर से पढ़ने के लिए प्रकाश, विद्युत, चुंबकीय और अल्ट्रासोनिक तरंगों के विभिन्न संयोजनों का उपयोग करती हैं। यह सब, कोई संदेह नहीं है, बहुत दिलचस्प है। हालांकि, इन सभी उत्साहों के लिए, किसी को यह नहीं भूलना चाहिए कि पेंटागन और फेसबुक (जो कि NCI भी विकसित करता है) जैसे निगमों में स्थिति बहुत खराब है, जिसमें गैर-आक्रामक NCI की बड़ी संख्या में नैतिक, कानूनी और सामाजिक मुद्दे हैं। मानव मस्तिष्क द्वारा नियंत्रित ड्रोन के झुंड युद्धों की प्रकृति को कैसे बदलते हैं? इमोंडी, अध्याय ³ , का कहना है कि एनकेआई का उपयोग आवश्यकतानुसार किया जाएगा। हालांकि, सैन्य आवश्यकता एक ढीली अवधारणा है।

अगस्त में, मैंने बैटल में प्रयोगशाला का दौरा किया, जहां बर्कहार्ट ने 150 इलेक्ट्रोड से लैस एक नई आस्तीन के साथ कई घंटों तक काम किया जो हाथ की मांसपेशियों को उत्तेजित करता है। उन्होंने और शोधकर्ताओं ने आशा व्यक्त की कि वे मस्तिष्क के संकेतों के यूटा के सरणी पर भरोसा किए बिना काम करने के लिए आस्तीन प्राप्त कर सकते हैं।


इयान बर्खार्ट और शोधकर्ता


उता अर्रे

रीढ़ की हड्डी को नुकसान के साथ, हाथ आंदोलन के बारे में सोचना बहुत मुश्किल है। बुर्क़ाट थक गया था। "सब कुछ चरणों में काम करता है - मुझे लगता है कि आंदोलन जितना अधिक सक्रिय होगा," उन्होंने मुझे बताया। - इससे पहले, मुझे लगता है कि "मेरा हाथ खोलना" नहीं है - मैंने सिर्फ बोतल ली और उठा ली। लेकिन मैं परिणाम से बहुत प्रेरित हूं - बाकी सभी मौजूद हैं। ” उसके लिए धन्यवाद, इस तकनीक की क्षमता को देखना आसान है।

उन्होंने कहा कि यूटा मासिफ के साथ काम शुरू करने के बाद से, वह उन दौरों में भी अधिक शक्तिशाली और चुस्त हो गया है, जब वह इसका उपयोग नहीं कर रहा है। वह पहले से ही लगभग अपने दम पर जी सकता है, और उसे दिन में केवल कुछ घंटे मदद की ज़रूरत होती है। “मैं अपने हाथों से और बात कर सकता हूं। "मैं फोन पकड़ सकता हूँ," वे कहते हैं। "अगर यह परियोजना किसी ऐसी चीज में फैलती है जिसका उपयोग दैनिक रूप से किया जा सकता है, तो मैं इसे तब तक पहनूंगा जब तक मैं कर सकता हूं।"