Šią savaitę DARPA paskelbė, kad pagal Naujos kartos nechirurginės neurotechnologijos (N3) programą finansavimą gaus šešios mokslininkų komandos. Dalyviams paskirta užduotis sukurti dvipusį didelės greitaveikos kanalą, kuriuo žmogaus smegenys galėtų komunikuoti su mašinomis, be chirurginio įsikišimo.
„Įsivaizduokite ką nors, valdantį droną ar analizuojantį didelius duomenų kiekius, – sako vienos iš komandų vadovas, Rice’o universiteto (JAV, Teksaso valstija) bioinžinerijos profesorius Jacobas Robinsonas. – Dabar egzistuoja toks uždelsimas (angl. latency, red. past.): jei noriu komunikuoti su mašina, iš smegenų turiu pasiųsti impulsą pirštams arba burnai – kad ši įvykdytų garsinę komandą. O tai labai ilgina laiką, per kurį aš galiu sukomunikuoti tiek su kibernetine, tiek su fizine sistema“.
Pažangusis minčių skaitymas
Nors galimybės nuskaityti ar įrašyti į smegenis informaciją ir egzistuoja, iki šiol tokie sprendimai labiausiai kliovėsi smegenų implantais – pavyzdžiui, leisdavo gydytojams tyrinėti epilepsiją.
Bet jei kalbame apie visiškai sveikus žmones, smegenų chirurgija yra pernelyg rizikingas būdas, o šiuolaikinės išorinės smegenų stebėjimo technologijos – pavyzdžiui, elektroencefalograma, kai elektrodai tvirtinami tiesiai prie skalpo – yra pernelyg netikslios. Taigi, DARPA tikisi paskatinti neinvazinių (ar minimaliai invazinių) smegenų-kompiuterio sąsajų kūrimą.
Agentūra domisi sistemomis, kurios galėtų nuskaityti ir įrašyti informaciją į 16 atskirų taškų smegenyse, kurių dydis prilygsta žirniui – ir kad uždelstumas būtų ne didesnis nei 50 milisekundžių. Maža to, tikimasi, kad tokios sistemos bus išvystytos per ketverius metus.
„Kai smegenų aktyvumą bandai nuskaityti per kaukolę, sunku suprasti, iš kur ateina signalai, kada ir kur jie yra generuojami. Tad didysis iššūkis – ar galime perstumti raiškos ribas tiek erdvėje, tiek laike“? – portalui „Live Science“ sakė J.Robinsonas.
Genetinis smegenų tobulinimas
Tam, kad pasiektų tokį tikslą, J.Robinsono komanda genetinės informacijos perdavimui į ląsteles planuoja panaudoti modifikuotus virusus – vadinamieji virusiniai vektoriai į specialius neuronus įterps DNR, ir dėl to šie ims gaminti dvi baltymų rūšis.
Pirmoji baltymų rūšis neurono veikimo metu sugers šviesą – kas leis nustatyti neurono aktyvumą. Išorinis šalmas tada kiaurai kaukolę pasiųstų infraraudonųjų bangų signalą, o prie šalmo pritaisyti detektoriai išmatuotų nuo smegenų audinio atsispindėjusį silpnutį signalą ir taip sukurtų smegenų atvaizdą. Veikiant neuronams – kadangi veiktų baltymas – tam tikros vietos atrodytų tamsesnės (baltymas sugeria šviesą) ir neuronų aktyvumas inicijuotų smegenų nuskaitymą, leidžiantį išsiaiškinti, ką asmuo mato, girdi ar bando padaryti.
Antrasis baltymas susijungs su magnetinėmis nanodalelėmis, tad neuronus bus galima stimuliuoti magnetiškai – kad jie suveiktų, kai šalmas sukurs magnetinį lauką. Tai bus naudojama neuronų stimuliacijai ir tokiu būdu į paciento smegenis bus perteikiamas vaizdas bei garsas. Kaip koncepcijos įrodymą, grupė planuoja panaudoti sistemą perduoti vaizdams iš „vieno žmogaus regėjimo žievės į kito asmens žievę“.
Kalbėjimasis su dronais
Grupė iš nekomercinio Batelle instituto (JAV, Ohajo valstija) imasi dar ambicingesnio iššūkio. Mokslininkai nori suteikti galimybę žmonėms valdyti būrį dronų vien mintimis – tuo tarpu gaunant informaciją apie drono poziciją ir greitį tiesiai į smegenis.
„Vairalazdės ir kompiuteriniai kursoriai yra vienakrypčiai įrenginiai, – sako vyresnysis grupės tyrėjas ir lyderis Gauravas Sharma. – Bet mes dabar galvojame apie scenarijų, kur vienas žmogus valdo kelis dronus. Ir tai turėtų būti dvipusis ryšys: jei dronas juda į kairę, apie tai į savo smegenis gaunate jutiminį signalą.“
To pasiekti grupė tikisi pasitelkdama specialiai sukurtas nanodaleles, kurios turės magnetinį branduolį, bet pjezoelektrinį apvalkalą – kas reiškia, kad apvalkalas galės paversti mechaninę energiją į elektrinę ir atvirkščiai. Nanodalelės bus suleidžiamos švirkštu ar įpurškiamos per nosį, o magnetiniai laukai nuvestų jas prie reikiamų neuronų.
Kai specialiai sukurtas šalmas apie reikiamus neuronus sukurs magnetinius laukus, magnetinis nanodalelės branduolys sujudės ir paveiks išorinį apvalkalą, kuris sugeneruos elektros impulsą ir taip privers suveikti neuroną. Galiams ir atvirkštinis procesas, kai elektriniai veikiančių neuronų impulsai pavirsta mažyčiais magnetiniais laukais, kuriuos užfiksuoja specialiame šalme įrengti detektoriai.
Paversti šį procesą dronų valdymu nebus lengva, pripažįsta G.Sharma, bet jis džiaugiasi DARPA iškeltu iššūkiu. „Medicinos moksluose smegenys yra paskutinis frontas. Mes apie jas tiek mažai suprantame, o tai ir yra įdomiausia visos šios srities tyrimo dalis“, – džiaugiasi mokslininkas.
Parengta pagal „Live Science“.
