Část první: Lidský kolos
Část druhá: Mozek
Část třetí: Létání nad hnízdem neuronů
Část čtvrtá: neuro-počítačová rozhraní
Část pátá: Neuaralinkův problém
Část šestá: Age of Wizards 1
Část šestá: Age of Wizards 2
Část sedm: Velká fúze
Propagační video:
V roce 1969 vědec jménem Eberhard Fetz spojil jeden neuron v mozku opice s číselníkem před jeho obličejem. Když vystřelil neuron, musely se šípy pohnout. Když si opice myslela, že se neuron aktivoval a šípy se posunuly, dostala bonbón s příchutí banánu. Postupem času se opice začala v této hře zlepšovat, protože chtěl lahodnější sladkosti. Opice se naučila aktivovat samostatný neuron a stala se první postavou, která přijala rozhraní neuropočítače.
Během příštích několika desetiletí byl pokrok poměrně pomalý, ale v polovině 90. let se věci začaly měnit a od té doby se věci zrychlily.
Jelikož naše chápání vybavení mozku a elektrod je poměrně primitivní, naše snahy směřují k vytvoření jednoduchých rozhraní, která budou použita v oblastech mozku, kterým rozumíme nejlépe, jako je motorická kůra a zraková kůra.
A protože lidské experimenty jsou možné pouze pro lidi, kteří se snaží pomocí NCI zmírnit jejich utrpení - a protože se na to zaměřuje poptávka na trhu - naše úsilí bylo téměř výhradně věnováno obnově ztracených funkcí pro osoby se zdravotním postižením.
Největší průmyslová odvětví NCI budoucnosti, která lidem poskytnou magické velmoci a transformují svět, jsou nyní ve stavu embrya - a musíme se jimi řídit, stejně jako naše odhady, když přemýšlíme o tom, jaký by mohl být svět v letech 2040, 2060 nebo 2100.
Pojďme je projít.
Jedná se o počítač, který vytvořil Alan Turing v roce 1950. Říká se tomu Pilot ACE. Mistrovské dílo své doby.
Nyní se podívejte na toto:
Když čtete níže uvedené příklady, chci, abyste si tuto analogii nechali na očích -
Pilot ACE je stejný pro iPhone 7
než
každý příklad níže je pro _
- a zkuste si představit, jaký by měl být na místě pomlčka. Vrátíme se k tomu později.
V každém případě ze všeho, co jsem četl a diskutoval s lidmi v terénu, jsou v současné době ve vývoji tři hlavní kategorie neurálních počítačových rozhraní:
První typ NCI č. 1: použití motorické kůry jako dálkového ovládání
V případě, že jste zapomněli, motorická kůra je tento muž:
Mnoho oblastí mozku je pro nás nepochopitelných, ale motorická kůra je pro nás méně nepochopitelná než ostatní. A co je důležitější, je dobře zmapováno, jeho jednotlivé části ovládají jednotlivé části těla.
Důležité je, že toto je jedna z velkých oblastí mozku, která je zodpovědná za naši práci. Když člověk něco dělá, motorická kůra téměř jistě táhne za nitky (alespoň fyzická stránka akce). Lidský mozek se proto nemusí učit používat motorickou kůru jako dálkové ovládání, protože mozek ji již jako takový používá.
Zvedni ruku. Teď to polož. Vidět? Vaše ruka je jako malý hračkový dron a váš mozek jednoduše používá motorickou kůru jako dálkové ovládání, aby drone sundal a vrátil.
Účelem NCI založeného na motorické kůře je připojit se k němu a poté, když dálkový ovladač spustí příkaz, uslyšíte tento příkaz a odešlete jej na nějaké zařízení, které na něj může reagovat. Například po ruce. Svazek nervů je prostředníkem mezi kůrou a rukou. NCI je prostředníkem mezi vaší motorickou kůrou a počítačem. Je to jednoduché.
Jeden z těchto typů rozhraní umožňuje osobě - obvykle osobě ochrnuté z krku nebo s amputovanou končetinou - pohybovat kurzorem na obrazovce svou myslí.
Všechno začíná 100kolíkovou multielektrodovou matricí, která je implantována do lidské motorické kůry. Motorická kůra u paralyzované osoby funguje dobře - přestala fungovat pouze mícha, která sloužila jako prostředník mezi kůrou a tělem. S implantovaným polem elektrod tedy vědci umožnili osobě pohybovat rukou v různých směrech. I když to nedokáže, motorická kůra funguje normálně, jako by mohl.
Když někdo pohne rukou, jeho motorická kůra exploduje s aktivitou - ale každý neuron se obvykle zajímá pouze o jeden typ pohybu. Jeden neuron tedy může vystřelit, kdykoli člověk pohne rukou doprava, ale při pohybu v jiných směrech se bude nudit. Pak jen jeden z tohoto neuronu mohl určit, kdy chce člověk pohnout rukou doprava, a kdy ne. Ale s elektrodovým polem 100 elektrod bude každá poslouchat samostatný neuron. Proto během testů, kdy je člověk požádán, aby pohyboval rukou doprava, například 38 ze 100 neuronů zaznamenává aktivitu neuronů. Když chce člověk pohnout rukou doleva, aktivuje se 41 dalších. V procesu nácviku pohybů v různých směrech a při různých rychlostechpočítač přijímá data z elektrod a syntetizuje je do obecného porozumění vzoru aktivace neuronů, což odpovídá záměrům pohybovat se podél os XY.
Poté, když tato data zobrazí na obrazovce počítače, může člověk silou myšlenky „pokusit se“pohnout kurzorem, skutečně ovládat kurzor. A funguje to. BrainGate umožnil chlapci hrát videohru s pouhou silou myšlenky pomocí NCI spojených s motorickou kůrou.
A když vám 100 neuronů může říct, kam chtějí posunout kurzor, proč vám nemohou říci, když si chtějí dát kávu a napít se? Toto udělala tato paralyzovaná žena:
Další ochrnuté ženě se podařilo létat na stíhacím simulátoru F-35 a opice nedávno jezdila na kolečkovém křesle pomocí mozku.
A proč být omezen pouze na ruce? Brazilský průkopník NKI Miguel Nicolelis a jeho tým postavili celý exoskeleton, který umožnil ochrnutému člověku provést úvodní kop na mistrovství světa.
Tento vývoj obsahuje zárodky dalších budoucích revolučních technologií, jako jsou rozhraní mozek-mozek.
Nicolelis provedl experiment, ve kterém byla motorická kůra jedné krysy v Brazílii, která stlačila jednu ze dvou pák v kleci - z nichž jedna věděla, že by si to užila - připojena prostřednictvím internetu k motorické kůře jiné krysy ve Spojených státech. Krysa ve Spojených státech byla v podobné kleci, až na to, že na rozdíl od krysy v Brazílii neměla žádné informace o tom, které z jejích dvou pák by ji potěšily - kromě signálů, které dostávala od brazilské krysy. V průběhu experimentu, pokud americká krysa správně vybrala páku, stejnou páku, kterou potáhla krysa v Brazílii, dostali obě krysy odměnu. Pokud vytáhli špatný, nedostali ho. Je zajímavé, že se potkani postupem času zlepšovali a zlepšovali, pracovali společně, jako jeden nervový systém - i když o existenci navzájem vůbec netušili. Úspěch americké krysy bez informací byl 50%. Se signály přicházejícími z mozku brazilské krysy se úspěšnost zvýšila na 64%. Tady je video.
Částečně to fungovalo i u lidí. Při hraní videohry spolupracovali dva lidé v různých budovách. Jeden viděl hru, druhý držel ovladač. Pomocí jednoduchých náhlavních souprav EEG mohl hráč, který hru viděl, přemýšlet, aniž by pohnul rukama, aby pohnul rukou, aby „vystřelil“na ovladač - a když jejich mozky spolu komunikovaly, hráč s ovladačem ucítil signál v prstu a stiskl tlačítko.
První NCI typu č. 2: umělé uši a oči
Existuje několik důvodů, proč patří zrak nevidomým a zvuk neslyšícím k nejpřístupnějším kategoriím neurocomputerových rozhraní.
Za prvé, stejně jako motorická kůra, i smyslová kůra jsou části mozku, kterým docela dobře rozumíme, zčásti proto, že mají tendenci dobře mapovat.
Zadruhé, mezi mnoha prvními přístupy jsme se nemuseli zabývat mozkem - mohli jsme komunikovat s místy, kde se k mozku připojují uši a oči, protože právě zde byly poruchy nejčastější.
A zatímco aktivita motorické kůry mozku byla primárně o čtení neuronů za účelem získání informací z mozku, umělé smysly fungují jinak - stimulováním neuronů k odesílání informací dovnitř.
Během posledních desetiletí jsme zaznamenali neuvěřitelný vývoj kochleárních implantátů.
Kochleární implantát je malý počítač, který má na jednom konci mikrofon (který sedí na uchu) a na druhém vodič, který se připojuje k řadě elektrod lemujících kochleu.
Zvuk vstupuje do mikrofonu (malý háček v horní části ucha) a přechází do hnědé látky, která zpracovává zvuk a odfiltruje méně užitečné frekvence. Hnědá věc pak přenáší informace kůží elektrickou indukcí do jiné součásti počítače, která převádí informace na elektrické impulsy a odesílá je do hlemýžďů. Elektrody filtrují frekvenční impulsy jako kochlea a stimulují sluchový nerv jako vlasy v kochlei. Takto to vypadá zvenčí:
Jinými slovy, umělé ucho vykonává stejnou funkci převodu zvuku na impulsy a jeho přenosu do sluchového nervu jako normální ucho.
Ale to není ideální. Proč? Protože k odeslání zvuku do mozku ve stejné kvalitě jako normální ucho potřebujete 3500 elektrod. Většina kochleárních implantátů obsahuje pouze 16. Drsný.
Ale jsme v éře Pilot ACE - samozřejmě hrubý.
Dnešní kochleární implantát nicméně umožňuje lidem slyšet řeč a mluvit, což je již dobré.
Mnoho rodičů neslyšících dětí dostává kochleární implantáty, když jim je jeden rok.
Ve světě slepoty probíhá podobná revoluce v podobě sítnicového implantátu.
Slepota je často výsledkem onemocnění sítnice. V tomto případě může implantát vykonávat podobnou funkci pro vidění jako kochleární implantát pro sluch (i když ne tak přímo). Dělá totéž jako normální oko a přenáší informace do nervů ve formě elektrických impulsů, stejně jako oči.
Složitější rozhraní než kochleární implantát, první implantát sítnice byl schválen FDA v roce 2011 - implantát Argus II vyrobený společností Second Sight. Implantát sítnice vypadá takto:
A funguje to takto:
Implantát sítnice má 60 senzorů. V sítnici je asi milion neuronů. Hrubý. Ale vidět rozmazané hrany, tvary, hru světla a tmy je mnohem lepší, než nevidět vůbec nic. Zvláště zajímavé je, že k dosažení dobrého vidění není vůbec zapotřebí milion senzorů - modelování naznačuje, že pro rozpoznání a čtení obličeje by stačilo 600 - 1 000 elektrod.
První NCI typu č. 3: hluboká stimulace mozku
Od konce 80. let se hluboká stimulace mozku stala dalším surovým nástrojem, který pro mnoho lidí stále mění život.
Také se jedná o kategorii NCI, které nesouvisejí s vnějším světem - jedná se o použití neuro-počítačových rozhraní k uzdravení nebo zlepšení sebe sama změnou něčeho uvnitř.
Co se zde stane, je jeden nebo dva dráty elektrod, obvykle se čtyřmi oddělenými místy elektrod, které vstupují do mozku a často končí někde v limbickém systému. Malý kardiostimulátor je poté implantován do horní části hrudníku a připojen k elektrodám. Takhle:
Elektrody pak mohou podle potřeby dodávat malý náboj, což je užitečné pro mnoho důležitých věcí. Například:
- snížení třesu u lidí s Parkinsonovou chorobou
- snížení závažnosti útoků
- snížení obsedantně-kompulzivní poruchy
Pomocí experimentů (tj. Zatím bez schválení FDA) se vědcům podařilo zmírnit určité typy chronické bolesti, jako jsou migrény nebo fantomové bolesti v končetinách, vyléčit úzkost nebo depresi v PTSD, nebo v kombinaci se stimulací svalů obnovit určité narušené mozkové okruhy, které se rozpadly po mrtvice nebo neurologické onemocnění.
* * *
To je stav stále nedostatečně rozvinuté oblasti NCI. A v tuto chvíli do ní vstupuje Elon Musk. Pro něj a pro Neuralink je moderní průmysl NCI bodem A. Zatímco jsme v těchto článcích studovali minulost, abychom se dostali do současnosti. Nyní je čas podívat se do budoucnosti - zjistit, co je bod B a jak se k němu můžeme dostat.
ILYA KHEL
Část první: Lidský kolos
Část druhá: Mozek
Část třetí: Létání nad hnízdem neuronů
Část čtvrtá: neuro-počítačová rozhraní
Část pátá: Neuaralinkův problém
Část šestá: Age of Wizards 1
Část šestá: Age of Wizards 2
Část sedm: Velká fúze