DARPA telah menugaskan pengembangan implan otak resolusi tinggi untuk antarmuka otak-komputer

Ilustrasi: Paradromics

Proyek Penelitian Lanjutan Departemen Pertahanan (DARPA) telah menandatangani enam kontrak untuk pengembangan antarmuka saraf di bawah program Desain Sistem Teknik Saraf (NESD) . Program ini bertujuan untuk "secara signifikan meningkatkan peluang penelitian untuk teknologi saraf dan memberikan dasar untuk perawatan baru."

Dalam praktiknya, DARPA berupaya mengembangkan antarmuka saraf implan yang akan memberikan "resolusi sinyal dan kecepatan transfer data yang belum pernah terjadi sebelumnya antara otak manusia dan dunia digital." Kerangka acuan menunjukkan bahwa antarmuka harus berfungsi sebagai konverter-penerjemah, mengubah sinyal elektrokimia otak menjadi kode digital (nol dan yang), yang digunakan dalam ilmu komputer. Dan melakukan transformasi terbalik untuk menulis data ke otak. Tujuannya adalah perangkat komunikasi untuk antarmuka otak-komputer dengan volume tidak lebih dari 1 cm ³ .

Kontrak disimpulkan dengan lima organisasi penelitian dan satu perusahaan komersial:

• Universitas Brown . Decoding pemrosesan saraf dengan penekanan pada nada dan vokalisasi. Antarmuka terdiri dari 100,00 sensor (neurograin), ditanam di permukaan atau di dalam korteks serebral. Modul radio terpisah memberikan daya ke implan dan berfungsi sebagai hub untuk mentransmisikan data ke dan dari pusat kontrol. Di sana, pada gilirannya, transcoding dan pemrosesan sinyal neural dan digital dilakukan.
  
  
• Universitas Columbia . Antarmuka bioelektrik dalam korteks visual menggunakan chip CMOS yang fleksibel dengan array elektroda bawaan. Stasiun sinar-X dipasang pada kepala seseorang untuk mengirimkan sinyal dan secara nirkabel mentransfer energi ke implan.
  
  
• Fondation Voir et Entender (Visi dan Yayasan Pendengaran). Antarmuka komunikasi optogenetik antara neuron korteks visual dan retina buatan resolusi tinggi dengan kamera video, yang dipasang di tempat mata.
  
  
• Laboratorium John B. Pierce . Studi tentang visi. Antarmuka untuk komunikasi dengan neuron yang dimodifikasi mampu bioluminesensi dan responsif terhadap stimulasi optogenetik.
  
  
• Universitas California, Berkeley . Mikroskop "medan cahaya" holografik yang dapat merekam dan memodulasi aktivitas hingga 1 juta neuron di korteks serebral . Upaya untuk membuat model pengkodean untuk memprediksi respons neuron terhadap stimulasi visual dan sentuhan eksternal, dan kemudian menerapkan pola ini untuk mengembalikan penglihatan pada pasien tunanetra atau mengontrol prostesis buatan menggunakan perintah mental.
  
  
• Paradromics, Inc. Antarmuka berkecepatan tinggi ke korteks serebral melalui kisi microwires yang menembus untuk merangsang neuron individu dan menghapus informasi dari mereka dalam resolusi tinggi. Implan seharusnya membantu mengembalikan fungsi bicara.

Diameter setiap microwire Paradromics kurang dari 20 mikron

"Hari ini, sistem terbaik dengan antarmuka otak-komputer seperti dua superkomputer yang mencoba berkomunikasi pada 300 baud," kata Phillip Alvelda, manajer program di NESD. "Bayangkan prospek apa yang akan terbuka jika kita meningkatkan alat kita dan benar-benar membuka saluran antara otak manusia dan elektronik modern."

Di antara aplikasi yang paling jelas dari antarmuka baru adalah kompensasi informasi untuk orang dengan gangguan pendengaran dan penglihatan. Mereka akan bisa mendapatkan gambar dan suara yang diperlukan langsung ke otak, dan resolusinya secara teoritis dapat melebihi kemampuan penglihatan dan pendengaran manusia yang alami (misalnya, data untuk transmisi dapat diambil dari mikrofon directional, kamera inframerah dan pencitraan termal). Mungkin, antarmuka seperti itu akan menemukan aplikasi dalam urusan militer.

Sampai saat ini, antarmuka saraf terbaik mengumpulkan informasi melalui hanya 100 saluran, yang masing-masing menggabungkan informasi dari puluhan ribu neuron secara bersamaan. Hasilnya adalah gambar yang buram dan berisik dengan resolusi rendah, yang tidak memungkinkan untuk mengembalikan pikiran dan gambar individu dengan jelas dari otak. Sebaliknya, program NESD bertujuan untuk menciptakan antarmuka saraf resolusi tinggi yang akan memungkinkan Anda untuk membaca dan menulis data dengan jelas dan akurat dari masing-masing 1 juta neuron individu.

Meskipun tugas membaca data dari 1 juta neuron secara individual terlihat fantastis, tetapi jumlah ini hanya mewakili sebagian kecil dari 86 miliar neuron yang membentuk otak manusia. Jadi ini hanya langkah pertama untuk mengungkap rahasia pemikiran manusia.

DARPA berencana untuk mengalokasikan $ 65 juta untuk penelitian selama empat tahun. Pada tahun pertama, pengembang akan fokus pada inovasi konseptual di bidang perangkat keras dan perangkat lunak, dan juga akan melakukan percobaan pada hewan dan sel yang dikultur. Pada tahap kedua, penelitian dasar akan dimulai, bekerja pada miniaturisasi komponen dan integrasi, serta kerja sama dengan FDA pada regulasi teknologi baru.

Pengembang harus mengatasi sejumlah kendala teknis, tetapi keenam kelompok ini mampu merumuskan rencana mereka dan meyakinkan DARPA bahwa itu realistis untuk mengimplementasikannya.