Część pierwsza: ludzki kolos
Część druga: mózg
Część trzecia: Latanie nad gniazdem neuronów
Część czwarta: interfejsy neurokomputerów
Część piąta: problem Neuaralinka
Część szósta: Age of Wizards 1
Część szósta: Age of Wizards 2
Część siódma: Wielka fuzja
Film promocyjny:
W 1969 roku naukowiec Eberhard Fetz połączył jeden neuron w mózgu małpy z tarczą znajdującą się przed jej twarzą. Strzały musiały się poruszać, kiedy neuron wystrzelił. Kiedy małpa pomyślała, że neuron został aktywowany, a strzały się przesunęły, otrzymała cukierek o smaku bananowym. Z biegiem czasu małpa zaczęła się poprawiać w tej grze, ponieważ chciał więcej pysznych słodyczy. Małpa nauczyła się aktywować oddzielny neuron i jako pierwsza otrzymała interfejs neurokomputera.
Przez następnych kilkadziesiąt lat postęp był raczej powolny, ale w połowie lat 90. sytuacja zaczęła się zmieniać i od tego czasu wszystko przyspieszyło.
Ponieważ nasza wiedza na temat mózgu i wyposażenia elektrod jest raczej prymitywna, nasze wysiłki są zwykle skierowane na tworzenie prostych interfejsów, które będą wykorzystywane w obszarach mózgu, które najlepiej rozumiemy, takich jak kora ruchowa i kora wzrokowa.
A ponieważ eksperymenty na ludziach są możliwe tylko dla ludzi, którzy próbują użyć NCI, aby złagodzić swoje cierpienie - i ponieważ popyt rynkowy jest na tym skupiony - nasze wysiłki były prawie w całości poświęcone przywróceniu utraconych funkcji osobom niepełnosprawnym.
Największe branże NCI przyszłości, które zapewnią ludziom magiczne supermoce i przekształcą świat, są teraz w stanie embrionalnym - i musimy się nimi kierować, a także naszymi domysłami, myśląc o tym, jak może wyglądać świat w 2040, 2060 lub 2100 roku.
Przejdźmy przez nie.
To komputer stworzony przez Alana Turinga w 1950 roku. Nazywa się Pilot ACE. Arcydzieło swoich czasów.
Teraz spójrz na to:
Czytając poniższe przykłady, chcę, abyś zachował tę analogię przed oczami -
Pilot ACE działa tak samo dla iPhone'a 7
niż
każdy poniższy przykład dotyczy _
- i spróbuj sobie wyobrazić, jaka powinna być kreska. Wrócimy do tego później.
W każdym razie ze wszystkiego, co przeczytałem i omówiłem z ludźmi w tej dziedzinie, obecnie opracowywane są trzy główne kategorie neuronowych interfejsów komputerowych:
Pierwszy typ NCI nr 1: używanie kory ruchowej jako pilota
Na wypadek, gdybyś zapomniał, kora ruchowa to ten facet:
Wiele obszarów mózgu jest dla nas niezrozumiałych, ale kora ruchowa jest dla nas mniej niezrozumiała niż inne. Co ważniejsze, jest dobrze odwzorowany, poszczególne jego części kontrolują poszczególne części ciała.
Co ważne, jest to jeden z dużych obszarów mózgu odpowiedzialnych za naszą pracę. Kiedy człowiek coś robi, kora ruchowa prawie na pewno pociąga za sznurki (przynajmniej fizyczna strona działania). Dlatego ludzki mózg nie musi uczyć się używania kory ruchowej jako pilota, ponieważ mózg już używa jej jako takiej.
Podnieś rękę. Teraz odłóż to. Widzieć? Twoja dłoń jest jak mały zabawkowy dron, a mózg po prostu używa kory ruchowej jako pilota do zdejmowania i cofania drona.
Celem NCI opartego na korze ruchowej jest połączenie się z nim, a następnie, gdy pilot uruchomi polecenie, usłyszysz to polecenie i wyślij je do jakiegoś urządzenia, które może na nie odpowiedzieć. Na przykład pod ręką. Pęczek nerwów jest pośrednikiem między korą a ręką. NCI jest pośrednikiem między korą ruchową a komputerem. To proste.
Jeden z tego typu interfejsów pozwala osobie - zwykle osobie sparaliżowanej od szyi lub z amputowaną kończyną - poruszać umysłem kursor na ekranie.
Wszystko zaczyna się od 100-pinowej matrycy z wieloma elektrodami, która jest wszczepiana do ludzkiej kory ruchowej. Kora ruchowa u osoby sparaliżowanej działa świetnie - przestał działać tylko rdzeń kręgowy, który pełnił rolę pośrednika między korą a ciałem. Tak więc, dzięki wszczepionemu układowi elektrod, naukowcy pozwolili osobie poruszać ramieniem w różnych kierunkach. Nawet jeśli nie może tego zrobić, kora ruchowa funkcjonuje normalnie, jakby mógł.
Kiedy ktoś porusza ramieniem, jego kora ruchowa eksploduje z aktywnością - ale każdy neuron jest zwykle zainteresowany tylko jednym rodzajem ruchu. Dlatego jeden neuron może odpalić, gdy osoba przesunie rękę w prawo, ale będzie się nudzić, gdy porusza się w innych kierunkach. Wtedy tylko jeden z tych neuronów mógłby określić, kiedy dana osoba chce poruszyć ręką w prawo, a kiedy nie. Ale z zestawem elektrod składającym się ze 100 elektrod, każda z nich będzie nasłuchiwała oddzielnego neuronu. Dlatego podczas testów, gdy osoba jest proszona o przesunięcie ręki w prawo, na przykład 38 na 100 neuronów rejestruje aktywność neuronów. Kiedy osoba chce przesunąć rękę w lewo, aktywowanych jest 41 innych. Ćwicząc ruchy w różnych kierunkach i przy różnych prędkościach,komputer otrzymuje dane z elektrod i syntetyzuje je w celu uzyskania ogólnego zrozumienia wzoru aktywacji neuronów, odpowiadającego zamiarom poruszania się wzdłuż osi XY.
Następnie, kiedy wyświetlają te dane na ekranie komputera, człowiek może dzięki sile myśli „próbować” przesunąć kursor, faktycznie nim sterować. I to działa. BrainGate umożliwił chłopcu granie w grę wideo za pomocą siły myśli, wykorzystując NCI połączone z korą motoryczną.
A jeśli 100 neuronów może ci powiedzieć, gdzie chcą przesunąć kursor, dlaczego nie mogą ci powiedzieć, kiedy chcą wziąć kawę i upić łyk? Oto, co zrobiła ta sparaliżowana kobieta:
Innej sparaliżowanej kobiecie udało się latać na symulatorze myśliwca F-35, a małpa niedawno jechała na wózku inwalidzkim za pomocą mózgu.
A dlaczego ograniczać się tylko do rąk? Brazylijski pionier NKI Miguel Nicolelis i jego zespół zbudowali cały egzoszkielet, który pozwolił sparaliżowanej osobie wykonać pierwszy rzut na Mistrzostwach Świata.
Te osiągnięcia zawierają zalążki innych przyszłych rewolucyjnych technologii, takich jak interfejsy mózg-mózg.
Nicolelis przeprowadził eksperyment, w którym kora ruchowa jednego szczura w Brazylii, który nacisnął jedną z dwóch dźwigni w klatce - z której szczur wiedział, że będzie się cieszyć - została połączona przez Internet z korą motoryczną innego szczura w Stanach Zjednoczonych. Szczur w Stanach Zjednoczonych był w podobnej klatce, z tą różnicą, że w przeciwieństwie do szczura w Brazylii nie wiedziała, która z jej dwóch dźwigni sprawi jej przyjemność - poza sygnałami, które otrzymała od brazylijskiego szczura. W trakcie eksperymentu, jeśli amerykański szczur prawidłowo wybrał dźwignię, tę samą, którą szarpnął szczur w Brazylii, oba szczury otrzymały nagrodę. Jeśli wyciągnęli niewłaściwy, nie dostali go. Co ciekawe, z biegiem czasu szczury stawały się coraz lepsze, pracowały razem, jak jeden układ nerwowy - chociaż nie miały pojęcia o swoim istnieniu. Sukces amerykańskiego szczura bez informacji wyniósł 50%. Dzięki sygnałom pochodzącym z mózgu brazylijskiego szczura wskaźnik sukcesu wzrósł do 64%. Oto wideo.
Po części działał również na ludzi. Dwie osoby w różnych budynkach pracowały razem podczas grania w grę wideo. Jeden widział grę, drugi trzymał kontroler. Używając prostych zestawów słuchawkowych EEG, gracz, który widział grę, mógł pomyśleć o poruszeniu ręką, aby „strzelić” do kontrolera - a ponieważ ich mózgi komunikowały się ze sobą, gracz z kontrolerem poczuł sygnał w swoim palcu i nacisnął przycisk.
Pierwszy typ NCI nr 2: sztuczne uszy i oczy
Istnieje kilka powodów, dla których przywracanie wzroku niewidomym i dźwięk osobom niesłyszącym to jedne z najbardziej dostępnych kategorii interfejsów neurokomputerów.
Po pierwsze, podobnie jak kora ruchowa, kora czuciowa to części mózgu, które całkiem dobrze rozumiemy, po części dlatego, że mają tendencję do dobrego mapowania.
Po drugie, wśród wielu pierwszych podejść nie musieliśmy zajmować się mózgiem - mogliśmy wchodzić w interakcje z miejscami, w których uszy i oczy łączą się z mózgiem, ponieważ to tam te zaburzenia występowały najczęściej.
I chociaż aktywność kory ruchowej mózgu polegała głównie na odczytywaniu neuronów w celu wydobycia informacji z mózgu, sztuczne zmysły działają inaczej - stymulując neurony do wysyłania informacji do wewnątrz.
W ciągu ostatnich dziesięcioleci byliśmy świadkami niesamowitego rozwoju implantów ślimakowych.
Implant ślimakowy to mały komputer z mikrofonem na jednym końcu (który znajduje się na uchu) i drutem na drugim, który łączy się z szeregiem elektrod wyściełających ślimak.
Dźwięk dociera do mikrofonu (mały haczyk w górnej części ucha) i przechodzi do brązowej rzeczy, która przetwarza dźwięk w celu odfiltrowania mniej użytecznych częstotliwości. Brązowa rzecz przekazuje następnie informacje przez skórę, poprzez indukcję elektryczną, do innego komponentu komputera, który przekształca informacje w impulsy elektryczne i wysyła je do ślimaka. Elektrody filtrują impulsy o częstotliwości jak ślimak i stymulują nerw słuchowy jak włosy w ślimaku. Tak to wygląda z zewnątrz:
Innymi słowy, sztuczne ucho pełni tę samą funkcję - zamienia dźwięk na impulsy i przekazuje go do nerwu słuchowego, co normalne ucho.
Ale to nie jest idealne. Czemu? Ponieważ, aby przesłać do mózgu dźwięk o takiej samej jakości, jak normalne ucho, potrzebujesz 3500 elektrod. Większość implantów ślimakowych zawiera tylko 16. Szorstkie.
Ale jesteśmy w erze Pilot ACE - oczywiście niegrzeczni.
Niemniej jednak dzisiejszy implant ślimakowy pozwala ludziom słyszeć i mówić, co już jest dobre.
Wielu rodziców dzieci niesłyszących otrzymuje implanty ślimakowe w wieku 1 roku.
W świecie ślepoty podobna rewolucja ma miejsce w postaci implantu siatkówkowego.
Ślepota jest często wynikiem choroby siatkówki. W takim przypadku implant może pełnić podobną funkcję dla wzroku, jak implant ślimakowy słuchu (choć nie bezpośrednio). Robi to samo, co normalne oko, przekazując informacje do nerwów w postaci impulsów elektrycznych, tak jak robią to oczy.
Jako bardziej złożony interfejs niż implant ślimakowy, pierwszy implant siatkówkowy został zatwierdzony przez FDA w 2011 roku - implant Argus II wykonany przez firmę Second Sight. Implant siatkówkowy wygląda następująco:
I to działa tak:
Implant siatkówkowy ma 60 czujników. W siatkówce znajduje się około miliona neuronów. Szorstki. Ale widzenie rozmytych krawędzi, kształtów, gry światła i ciemności jest o wiele lepsze niż nie widzieć niczego. Szczególnie interesujące jest to, że do uzyskania dobrego widzenia nie potrzeba miliona czujników - modelowanie sugeruje, że do rozpoznawania twarzy i czytania wystarczy 600-1000 elektrod.
Pierwszy typ NCI nr 3: głęboka stymulacja mózgu
Od późnych lat 80-tych głęboka stymulacja mózgu stała się kolejnym prymitywnym narzędziem, które wciąż zmienia życie wielu ludzi.
Jest to również kategoria NCI, które nie są związane ze światem zewnętrznym - to wykorzystanie interfejsów neurokomputerów do leczenia lub ulepszania siebie poprzez zmianę czegoś w środku.
To, co się tutaj dzieje, to jeden lub dwa druty elektrod, zwykle z czterema oddzielnymi miejscami elektrod, które wchodzą do mózgu i często kończą gdzieś w układzie limbicznym. Następnie w górną część klatki piersiowej wszczepia się mały rozrusznik serca i podłącza do elektrod. Lubię to:
Wtedy elektrody mogą w razie potrzeby dostarczyć niewielki ładunek, który jest przydatny w wielu ważnych rzeczach. Na przykład:
- redukcja drżenia u osób z chorobą Parkinsona
- zmniejszenie nasilenia ataków
- redukcja zaburzeń obsesyjno-kompulsywnych
Dzięki eksperymentom (do tej pory bez zgody FDA) naukowcy byli w stanie złagodzić niektóre rodzaje przewlekłego bólu, takie jak migreny lub bóle fantomowe kończyn, wyleczyć lęk lub depresję w PTSD lub, w połączeniu ze stymulacją mięśni, przywrócić pewne zaburzone wzorce mózgowe, które uległy załamaniu po udar lub choroba neurologiczna.
* * *
Taki jest stan jeszcze słabo rozwiniętego obszaru NCI. I w tym momencie wchodzi do niego Elon Musk. Dla niego i dla Neuralink nowoczesna branża NCI jest punktem A. Podczas gdy w tych artykułach badaliśmy przeszłość, aby dotrzeć do chwili obecnej. Teraz czas spojrzeć w przyszłość - dowiedzieć się, czym jest punkt B i jak możemy się do niego dostać.
ILYA KHEL
Część pierwsza: ludzki kolos
Część druga: mózg
Część trzecia: Latanie nad gniazdem neuronów
Część czwarta: interfejsy neurokomputerów
Część piąta: problem Neuaralinka
Część szósta: Age of Wizards 1
Część szósta: Age of Wizards 2
Część siódma: Wielka fuzja