Ακριβώς όπως οι αρχαίοι Έλληνες φανταζόταν για την άνοδο, η σημερινή φαντασία ονειρεύεται να συνδυάσει τα μυαλά και τα μηχανήματα ως θεραπεία για το ενοχλητικό πρόβλημα της ανθρώπινης θνησιμότητας. Μπορεί το μυαλό να συνδεθεί άμεσα με την τεχνητή νοημοσύνη, τα ρομπότ και άλλα μυαλά μέσω τεχνολογιών διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI) για να ξεπεράσει τους ανθρώπινους περιορισμούς;
σχετικό περιεχόμενο
- Πώς η πρώτη μηχανή προσθήκης της Αμερικής συνδέεται με το "Naked Lunch"
Τα τελευταία 50 χρόνια, οι ερευνητές σε πανεπιστημιακά εργαστήρια και εταιρείες σε όλο τον κόσμο έχουν σημειώσει εντυπωσιακή πρόοδο προς την επίτευξη ενός τέτοιου οράματος. Πρόσφατα, οι επιτυχημένοι επιχειρηματίες, όπως το Elon Musk (Neuralink) και ο Bryan Johnson (Kernel), ανακοίνωσαν νέες επιχειρήσεις που επιδιώκουν να ενισχύσουν τις ανθρώπινες ικανότητες μέσω διασύνδεσης μεταξύ εγκεφάλου και υπολογιστή.
Πόσο κοντά μπορούμε πραγματικά να συνδέσουμε με επιτυχία τα μυαλά μας με τις τεχνολογίες μας; Και τι θα μπορούσαν να έχουν οι συνέπειες όταν συνδέονται τα μυαλά μας;
Προέλευση: Αποκατάσταση και αποκατάσταση
Ο Eb Fetz, ερευνητής εδώ στο Κέντρο Sensorimotor Neural Engineering (CSNE), είναι ένας από τους πρώτους πρωτοπόρους που συνδέει τα μηχανήματα με το μυαλό. Το 1969, πριν υπήρχαν ακόμη και προσωπικοί υπολογιστές, έδειξε ότι οι πιθήκους μπορούν να ενισχύσουν τα σήματα του εγκεφάλου τους για να ελέγξουν μια βελόνα που κινήθηκε σε έναν πίνακα.
Μεγάλο μέρος των πρόσφατων εργασιών σχετικά με τα BCI έχει ως στόχο τη βελτίωση της ποιότητας ζωής των ατόμων που έχουν παραλύσει ή έχουν σοβαρές κινητικές δυσκολίες. Μπορεί να έχετε δει μερικά πρόσφατα επιτεύγματα στις ειδήσεις: Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ χρησιμοποιούν σήματα που έχουν καταγραφεί μέσα στον εγκέφαλο για τον έλεγχο ενός ρομποτικού βραχίονα. Οι ερευνητές του Stanford μπορούν να εξαγάγουν τις προθέσεις κίνησης παραλυμένων ασθενών από τα σήματα του εγκεφάλου τους, επιτρέποντάς τους να χρησιμοποιούν ένα δισκίο ασύρματα.
Ομοίως, ορισμένες περιορισμένες εικονικές αισθήσεις μπορούν να σταλούν πίσω στον εγκέφαλο, παρέχοντας ηλεκτρικό ρεύμα μέσα στον εγκέφαλο ή στην επιφάνεια του εγκεφάλου.
Τι γίνεται με τις κυριότερες αισθήσεις της όρασης και του ήχου; Πολύ πρώιμες εκδόσεις των βιονικών ματιών για άτομα με σοβαρή βλάβη όρασης έχουν αναπτυχθεί εμπορικά και οι βελτιωμένες εκδόσεις υποβάλλονται σε δοκιμές σε ανθρώπους αυτήν τη στιγμή. Τα κοχλιακά εμφυτεύματα, από την άλλη πλευρά, έχουν γίνει ένα από τα πιο επιτυχημένα και πιο διαδεδομένα βιονικά εμφυτεύματα - πάνω από 300.000 χρήστες σε όλο τον κόσμο χρησιμοποιούν τα εμφυτεύματα για να ακούσουν.
Μια αμφίδρομη διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή (BBCI) μπορεί να καταγράψει τόσο σήματα από τον εγκέφαλο όσο και να στείλει πληροφορίες πίσω στον εγκέφαλο μέσω διέγερσης. (Κέντρο Αισθητοκινητικής Νευρωνικής Μηχανικής (CSNE), CC BY-ND) Τα πιο εξελιγμένα BCIs είναι "αμφίδρομα" BCIs (BBCIs), τα οποία μπορούν να καταγράψουν και να διεγείρουν το νευρικό σύστημα. Στο κέντρο μας, εξερευνούμε τα BBCI ως ένα νέο ριζικό εργαλείο αποκατάστασης για εγκεφαλικό επεισόδιο και τραυματισμό του νωτιαίου μυελού. Έχουμε δείξει ότι ένα BBCI μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ενισχύσει τις συνδέσεις μεταξύ δύο περιοχών του εγκεφάλου ή μεταξύ του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού και να ανακαλέσει πληροφορίες γύρω από μια περιοχή τραυματισμού για να αναζωογονήσει ένα παραλυμένο άκρο.
Με όλες αυτές τις επιτυχίες μέχρι σήμερα, μπορεί να σκεφτείτε ότι μια διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή είναι έτοιμη να είναι το επόμενο πρέπει να έχει gadget καταναλωτή.
Ακόμα πρώτες μέρες
Ένα ηλεκτροκορτικογραφικό πλέγμα, το οποίο χρησιμοποιείται για την ανίχνευση ηλεκτρικών αλλαγών στην επιφάνεια του εγκεφάλου, δοκιμάζεται για ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. (Κέντρο Αισθητοκινητικής Νευρωνικής Μηχανικής, CC BY-ND) Αλλά μια προσεκτική ματιά σε μερικές από τις τρέχουσες διαδηλώσεις BCI αποκαλύπτει ότι έχουμε ακόμα έναν τρόπο να πάμε: Όταν τα BCIs παράγουν κινήσεις, είναι πολύ πιο αργά, λιγότερο ακριβή και λιγότερο περίπλοκα από ό, τι οι ικανές άνθρωποι κάνουν εύκολα κάθε μέρα με τα άκρα τους. Τα μάτια του Bionic προσφέρουν όραση πολύ χαμηλής ανάλυσης. Τα κοχλιακά εμφυτεύματα μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρονικά περιορισμένες πληροφορίες ομιλίας, αλλά να διαστρεβλώνουν την εμπειρία της μουσικής. Και για να λειτουργήσουν όλες αυτές οι τεχνολογίες, τα ηλεκτρόδια πρέπει να εμφυτεύονται χειρουργικά - μια προοπτική που οι περισσότεροι άνθρωποι σήμερα δεν θα εξετάσουν.
Όμως, δεν είναι όλα τα BCIs επεμβατικά. Υπάρχουν μη επεμβατικοί BCI που δεν απαιτούν χειρουργική επέμβαση. βασίζονται συνήθως σε ηλεκτρικές εγγραφές (EEG) από το τριχωτό της κεφαλής και έχουν χρησιμοποιηθεί για να επιδείξουν έλεγχο των δρομέων, των αναπηρικών αμαξιδίων, των ρομποτικών όπλων, των drones, των ανθρωποειδών ρομπότ και ακόμη και της επικοινωνίας εγκεφάλου με εγκεφάλου.
Όμως, όλα αυτά τα demos βρίσκονται στο εργαστήριο - όπου τα δωμάτια είναι ήσυχα, τα εξεταζόμενα θέματα δεν αποσπούν την προσοχή, η τεχνική εγκατάσταση είναι μακρά και μεθοδική και τα πειράματα διαρκούν μόνο αρκετό καιρό για να δείξουν ότι υπάρχει μια ιδέα. Αποδείχθηκε πολύ δύσκολο να γίνει αυτά τα συστήματα γρήγορα και αρκετά ανθεκτικά ώστε να είναι πρακτικά χρήσιμα στον πραγματικό κόσμο.
Ακόμη και με τα εμφυτευμένα ηλεκτρόδια, ένα άλλο πρόβλημα με την προσπάθεια ανάγνωσης μυαλών προκύπτει από το πώς δομείται ο εγκέφαλός μας. Γνωρίζουμε ότι κάθε νευρώνας και οι χιλιάδες των συνδεδεμένων γειτόνων του σχηματίζουν ένα ασύγκριτα μεγάλο και συνεχώς μεταβαλλόμενο δίκτυο. Τι μπορεί να σημαίνει αυτό για τους νευροεγκεφαλικούς;
Φανταστείτε ότι προσπαθείτε να καταλάβετε μια συνομιλία ανάμεσα σε μια μεγάλη ομάδα φίλων για ένα πολύπλοκο θέμα, αλλά μπορείτε να ακούσετε μόνο ένα άτομο. Ίσως να είστε σε θέση να καταλάβετε το πολύ τραχύ θέμα του τι είναι η συζήτηση, αλλά σίγουρα όχι όλες οι λεπτομέρειες και οι αποχρώσεις της ολόκληρης συζήτησης. Επειδή ακόμη και τα καλύτερα εμφυτεύματα μας επιτρέπουν μόνο να ακούμε μερικά μικρά κομμάτια του εγκεφάλου κάθε φορά, μπορούμε να κάνουμε μερικά εντυπωσιακά πράγματα, αλλά δεν καταλαβαίνουμε πουθενά η πλήρης συζήτηση.
Υπάρχει επίσης αυτό που θεωρούμε ως γλωσσικό φραγμό. Οι νευρώνες επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω μιας σύνθετης αλληλεπίδρασης ηλεκτρικών σημάτων και χημικών αντιδράσεων. Αυτή η μητρική ηλεκτροχημική γλώσσα μπορεί να ερμηνευτεί με ηλεκτρικά κυκλώματα, αλλά δεν είναι εύκολη. Ομοίως, όταν μιλάμε πίσω στον εγκέφαλο χρησιμοποιώντας ηλεκτρική διέγερση, είναι με μια βαριά ηλεκτρική "έμφαση." Αυτό καθιστά δύσκολο για τους νευρώνες να καταλάβουν τι η διέγερση προσπαθεί να μεταφέρει στη μέση όλων των άλλων συνεχών νευρωνικών δραστηριοτήτων.
Τέλος, υπάρχει το πρόβλημα της ζημίας. Ο ιστός του εγκεφάλου είναι μαλακός και εύκαμπτος, ενώ τα περισσότερα από τα ηλεκτρικά αγώγιμα υλικά μας - τα καλώδια που συνδέονται με τον ιστό του εγκεφάλου - τείνουν να είναι πολύ άκαμπτα. Αυτό σημαίνει ότι τα εμφυτευμένα ηλεκτρονικά συχνά προκαλούν ουλές και ανοσοποιητική αντίδραση που σημαίνουν τα εμφυτεύματα να χάσουν την αποτελεσματικότητά τους με την πάροδο του χρόνου. Οι ευέλικτες βιοσυμβατές ίνες και συστοιχίες μπορούν τελικά να βοηθήσουν από αυτή την άποψη.
Συν-προσαρμογή, συγκατοίκηση
Παρά τις προκλήσεις αυτές, είμαστε αισιόδοξοι για το βιονικό μέλλον μας. Τα BCI δεν χρειάζεται να είναι τέλεια. Ο εγκέφαλος είναι εκπληκτικά προσαρμοστικός και ικανός να μάθει να χρησιμοποιεί BCIs με τρόπο παρόμοιο με τον τρόπο με τον οποίο μαθαίνουμε νέες δεξιότητες όπως οδήγηση αυτοκινήτου ή χρήση διεπαφής αφής. Παρομοίως, ο εγκέφαλος μπορεί να μάθει να ερμηνεύει νέους τύπους αισθητηριακών πληροφοριών ακόμα και όταν παραδίδεται μη επεμβατικά χρησιμοποιώντας, για παράδειγμα, μαγνητικούς παλμούς.
Τελικά, πιστεύουμε ότι ένα "συν-προσαρμοστικό" αμφίδρομο BCI, όπου η ηλεκτρονική μαθαίνει με τον εγκέφαλο και μιλάει πίσω στον εγκέφαλο συνεχώς κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μάθησης, μπορεί να αποδειχθεί απαραίτητο βήμα για την κατασκευή της νευρικής γέφυρας. Η οικοδόμηση αυτών των δύο προσαρμόσιμων BCIs είναι ο στόχος του κέντρου μας.
Είμαστε εξίσου ενθουσιασμένοι με τις πρόσφατες επιτυχίες στην στοχοθετημένη θεραπεία ασθενειών όπως ο διαβήτης με τη χρήση «ηλεκτροεπιταγών» - πειραματικών μικρών εμφυτευμάτων που θεραπεύουν μια ασθένεια χωρίς φάρμακα μέσω της επικοινωνίας εντολών απευθείας σε εσωτερικά όργανα.
Και οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει νέους τρόπους για να ξεπεράσουν το ηλεκτρο-βιοχημικό φράγμα γλωσσών. Για παράδειγμα, η «νευρική δαντέλα» μπορεί να αποτελέσει έναν πολλά υποσχόμενο τρόπο να επιτρέψει στα νευρώνες να αναπτυχθούν σταδιακά παράλληλα με τα εμφυτευμένα ηλεκτρόδια και όχι να τα απορρίψουν. Οι εύκαμπτοι ανιχνευτές που βασίζονται σε nanowire, τα ευέλικτα ικριώματα νευρώνων και οι υαλώδεις διεπαφές άνθρακα μπορούν επίσης να επιτρέψουν στους βιολογικούς και τεχνολογικούς υπολογιστές να συνυπάρξουν ευτυχώς στο σώμα μας στο μέλλον.
Από την υποβοηθητική στην επαυξητική
Η νέα εκκίνηση του Elon Musk Το Neuralink έχει το δηλωμένο τελικό στόχο να ενισχύσει τους ανθρώπους με BCIs για να δώσουν στους μυς μας ένα πόδι στην τρέχουσα κούρσα εξοπλισμών μεταξύ ανθρώπινης και τεχνητής νοημοσύνης. Ελπίζει ότι με την ικανότητα να συνδεθεί με τις τεχνολογίες μας, ο ανθρώπινος εγκέφαλος θα μπορούσε να ενισχύσει τις δικές του ικανότητες - ενδεχομένως επιτρέποντας μας να αποφύγουμε ένα δυνητικό δυστοπικό μέλλον όπου το AI έχει ξεπεράσει τις φυσικές ανθρώπινες ικανότητες. Ένα τέτοιο όραμα μπορεί σίγουρα να φανεί μακριά ή φανταστικό, αλλά δεν πρέπει να απορρίψουμε μια ιδέα μόνο για την παράξενη κατάσταση. Μετά από όλα, αυτο-οδήγηση αυτοκίνητα είχαν υποβιβαστεί στη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας ακόμα και μια δεκαετία πριν και τώρα - και τώρα μοιράζονται τους δρόμους μας.
Ένα BCI μπορεί να ποικίλει ανάλογα με τις πολλαπλές διαστάσεις: είτε αλληλεπιδρά με το περιφερικό νευρικό σύστημα (νεύρο) είτε με το κεντρικό νευρικό σύστημα (τον εγκέφαλο) είτε είναι επεμβατικό είτε μη επεμβατικό και αν βοηθά στην αποκατάσταση της χαμένης λειτουργίας ή την ενίσχυση των δυνατοτήτων. (James Wu, προσαρμοσμένη από την Sakurambo, CC BY-SA) Σε ένα πιο προσεχές μέλλον, καθώς οι διασυνδέσεις εγκεφάλου-ηλεκτρονικού υπολογιστή κινούνται πέρα από την αποκατάσταση της λειτουργίας των ατόμων με αναπηρία για την ενίσχυση των ατόμων που είναι ικανά πέραν της ανθρώπινης ικανότητάς τους, πρέπει να γνωρίζουμε έντονα πολλά θέματα σχετικά με τη συγκατάθεση, την ιδιωτικότητα, . Στο κέντρο μας, μια ομάδα φιλοσόφων, κλινικών και μηχανικών εργάζεται ενεργά για να αντιμετωπίσει αυτά τα ζητήματα δεοντολογίας, ηθικής και κοινωνικής δικαιοσύνης και να προσφέρει οδηγίες για τη νευρολογία προτού προχωρήσει το πεδίο πολύ μακρινό.
Συνδέοντας το μυαλό μας απευθείας με την τεχνολογία μπορεί τελικά να είναι μια φυσική εξέλιξη του τρόπου με τον οποίο οι άνθρωποι έχουν αυξηθεί με την τεχνολογία τους πέρα από τις ηλικίες, από τη χρήση τροχών για να ξεπεράσουν τους διφορούμενους περιορισμούς μας στην παραγωγή σημείων σε δισκία και χαρτί αργίλου για να αυξήσουμε τις αναμνήσεις μας. Όπως οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές, τα smartphones και τα ακουστικά εικονικής πραγματικότητας της ημέρας, τα ενισχυτικά BCI, όταν φθάνουν τελικά στην καταναλωτική αγορά, θα είναι συναρπαστικά, απογοητευτικά, επικίνδυνα και ταυτόχρονα γεμάτα υπόσχεση.
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στην Η συζήτηση.
James Wu, Ph.D. Φοιτητής στη Βιοϊατρική, Ερευνητής στο Κέντρο Αισθητοκινητικής Νευρικής Μηχανικής, Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον
Rajesh PN Rao, Καθηγητής Πληροφορικής και Μηχανικών Υπολογιστών και Διευθυντής του Κέντρου Αισθητοκινητικών Νευρωνικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον
