Ilustração: ParadromicsO Departamento de Defesa de Projetos de Pesquisa Avançada (DARPA)
celebrou seis contratos para o desenvolvimento de interfaces neurais no âmbito do programa
Design de Sistema de Engenharia Neural (NESD) . Este programa visa "melhorar significativamente as oportunidades de pesquisa em neurotecnologias e fornecer a base para novos tratamentos".
Na prática, a DARPA busca desenvolver uma interface neural implantável que forneça "resolução de sinal sem precedentes e taxas de transferência de dados entre o cérebro humano e o mundo digital". Os termos de referência indicam que a interface deve funcionar como um conversor-tradutor, convertendo os sinais eletroquímicos do cérebro em um código digital (zeros e uns), usado na ciência da computação. E realize a transformação inversa para gravar dados no cérebro. O objetivo é um dispositivo de comunicação para a interface cérebro-computador com um volume não superior a 1 cm
3 .
Os contratos são concluídos com cinco organizações de pesquisa e uma empresa comercial:
- Brown University . Decodificação do processamento da fala neural com ênfase no tom e vocalização. A interface consiste em 100,00 sensores (neurograin), implantados na superfície ou no interior do córtex cerebral. Um módulo de rádio separado fornece energia ao implante e serve como um hub para a transmissão de dados de e para o centro de controle. Por sua vez, é realizada a transcodificação e o processamento de sinais neurais e digitais.
- Universidade de Columbia . Interface bioelétrica no córtex visual usando um chip CMOS flexível com uma matriz integrada de eletrodos. Uma estação de raio-X é montada na cabeça de uma pessoa para transmitir um sinal e transferir energia sem fio para o implante.
- Fundação Voir et Entender (Fundação Visão e Audição). Interface de comunicação optogenética entre os neurônios do córtex visual e a retina artificial de alta resolução com uma câmera de vídeo instalada no lugar do olho.
- Laboratório de John B. Pierce . O estudo da visão. Interface para comunicação com neurônios modificados, capazes de bioluminescência e responsivos à estimulação optogenética.
- Universidade da Califórnia, Berkeley . Um microscópio holográfico de "campo de luz" que pode registrar e modular a atividade de até 1 milhão de neurônios no córtex cerebral . Uma tentativa de criar modelos de codificação para prever a resposta dos neurônios à estimulação visual e tátil externa e depois aplicar esses padrões para restaurar a visão em pacientes cegos ou controlar próteses artificiais usando comandos mentais.
- Paradromics, Inc. Uma interface de alta velocidade para o córtex cerebral através de uma treliça de micro-fios penetrantes para estimular neurônios individuais e remover informações deles em alta resolução. O implante deve ajudar a restaurar a função da fala.
O diâmetro de cada micro-fio Paradromics é inferior a 20 mícrons"Hoje, os melhores sistemas com uma interface cérebro-computador são como dois supercomputadores que tentam se comunicar a 300 bauds", diz Phillip Alvelda, gerente de programas da NESD. "Imagine quais perspectivas abrirão se atualizarmos nossas ferramentas e realmente abrirmos o canal entre o cérebro humano e a eletrônica moderna."
Entre as aplicações mais óbvias da nova interface está a compensação de informações para pessoas com deficiência auditiva e visual. Eles serão capazes de obter a imagem e o som necessários diretamente no cérebro, e sua resolução pode exceder teoricamente as capacidades da visão e audição humanas naturais (por exemplo, dados para transmissão podem ser obtidos de microfones direcionais, câmeras infravermelhas e termovisores). Provavelmente, essas interfaces encontrarão aplicação em assuntos militares.
Até o momento, as melhores interfaces neurais coletam informações por apenas 100 canais, cada um dos quais combina informações de dezenas de milhares de neurônios simultaneamente. O resultado é uma imagem embaçada e barulhenta, com baixa resolução, o que não permite restaurar claramente os pensamentos e imagens individuais do cérebro. Por outro lado, o programa NESD visa criar
interfaces neurais de alta resolução que permitirão a leitura e gravação de dados de forma clara e precisa de cada um dos 1 milhão de neurônios individuais.
Embora a tarefa de ler dados de 1 milhão de neurônios individualmente pareça fantástica, esse número representa apenas uma pequena fração dos 86 bilhões de neurônios que compõem o cérebro humano. Portanto, este é apenas o primeiro passo para desvendar os segredos do pensamento humano.
A DARPA planeja alocar US $ 65 milhões para pesquisas em quatro anos. No primeiro ano, os desenvolvedores se concentrarão nas inovações conceituais no campo de hardware e software e também realizarão experimentos em animais e células cultivadas. Na segunda etapa, a pesquisa básica começará, o trabalho de miniaturização de componentes e integração, bem como a cooperação com o FDA na regulamentação de novas tecnologias.
Os desenvolvedores precisam superar vários obstáculos técnicos, mas esses seis grupos foram capazes de formular seus planos e convencer a DARPA de que é realista implementá-los.