DARPA, Department of Defense's research arm, betaler forskere for at opfinde måder til øjeblikkeligt at læse soldaters sind ved hjælp af værktøjer som genteknologi af den menneskelige hjerne, nanoteknologi og infrarøde stråler. Slutmålet? Tankestyrede våben, ligesom svermer af droner, som nogen sender til himlen med en enkelt tanke eller evnen til at stråle billeder fra en hjerne til en anden.
I denne uge annoncerede DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), at seks hold vil modtage finansiering under programmet Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (N3). Deltagerne har til opgave at udvikle teknologi, der giver en tovejskanal til hurtig og problemfri kommunikation mellem den menneskelige hjerne og maskiner uden at kræve operation.
"Forestil dig nogen, der betjener en drone, eller nogen, der muligvis analyserer en masse data," sagde Jacob Robinson, en adjunkt i bioingeniørarbejde ved Rice University, der leder et af holdene.
"Der er denne latenstid, hvor hvis jeg vil kommunikere med min maskine, skal jeg sende et signal fra min hjerne til at bevæge mine fingre eller bevæge min mund for at udføre en verbal kommando, og dette begrænser hastigheden, hvormed jeg kan interagere med enten et cybersystem eller et fysisk system. Så tanken er måske, at vi kunne forbedre den hastighed, der er i interaktion. "
Det kan være afgørende, da smarte maskiner og en tidevandsbølge af data truer med at overvælde mennesker og i sidste ende kan finde applikationer i både militære og civile områder, sagde Robinson.
Fremme sind kontrol
Selvom der har været gennembrud i vores evne til at læse og endda skrive information til hjernen, har disse fremskridt generelt været afhængige af hjerneimplantater hos patienter, hvilket tillader læger at overvåge tilstande som epilepsi.
Hjernekirurgi er imidlertid for risikabelt til at retfærdiggøre sådanne grænseflader hos handicappede mennesker; og nuværende eksterne hjerneovervågningsmetoder som elektroencefalografi (EEG) - hvor elektroder er fastgjort direkte til hovedbunden - er for unøjagtige. Som sådan prøver DARPA at anspore til et gennembrud i ikke-invasive eller minimalt invasive hjernecomputergrænseflader (BCI'er).
Agenturet er interesseret i systemer, der kan læse og skrive til 16 uafhængige placeringer i en del af hjernen på størrelse med en ærter med et forsinkelse på højst 50 millisekunder inden for fire år, sagde Robinson, der ikke er nogen illusion om omfanget af udfordringen.
”Når du prøver at fange hjerneaktivitet gennem kraniet, er det svært at vide, hvor signalerne kommer fra, og hvornår og hvor signalerne genereres,” sagde han til Live Science. "Så den store udfordring er, kan vi skubbe de absolutte grænser for vores opløsning, både i rum og tid?"
Genetisk finjusterende menneskelige hjerner
For at gøre dette planlægger Robinsons team at bruge vira modificeret til at levere genetisk materiale i celler - kaldet virale vektorer - til at indsætte DNA i specifikke neuroner, der får dem til at producere to slags proteiner.
Den første type protein absorberer lys, når en neuron fyrer, hvilket gør det muligt at registrere neurale aktiviteter. Et eksternt headset sender en stråle infrarødt lys, der kan passere gennem kraniet og ind i hjernen. Detektorer, der er knyttet til headsettet, måler derefter det lille signal, der reflekteres fra hjernevævet for at skabe et billede af hjernen. På grund af proteinet vises de målrettede områder mørkere (absorberende lys), når neuroner skyder, hvilket genererer en læse af hjerneaktivitet, der kan bruges til at finde ud af, hvad personen ser, hører eller prøver at gøre.
Det andet protein bindes sammen med magnetiske nanopartikler, så neuronerne kan stimuleres magnetisk til at affyre, når headsettet genererer et magnetfelt. Dette kan bruges til at stimulere neuroner for at inducere et billede eller lyd i patientens sind. Som et bevis på begrebet planlægger gruppen at bruge systemet til at transmittere billeder fra en visuel cortex til en anden.
"At være i stand til at afkode eller kode for sensoriske oplevelser er noget, vi forstår relativt godt," sagde Robinson. "I videnskabens blødende kant tror jeg, vi er der, hvis vi havde haft teknologien til at gøre det."
At tale med droner
En gruppe fra nonprofit-forskningsinstituttet Battelle tager en mere ambitiøs udfordring. Gruppen ønsker at lade mennesker kontrollere flere droner ved hjælp af deres tanker alene, mens feedback om ting som acceleration og position går direkte til hjernen.
"Joysticks og computermarkører er mere eller mindre envejsudstyr," sagde seniorforsker Gaurav Sharma, der leder teamet. "Men nu tænker vi på en person, der kontrollerer flere droner; og det er tovejs, så hvis dronen bevæger sig mod venstre, får du et sensorisk signal tilbage i din hjerne, der siger, at det bevæger sig mod venstre."
Gruppens plan er afhængig af specielt designet nanopartikler med magnetiske kerner og piezoelektriske ydre skaller, hvilket betyder, at skaller kan konvertere mekanisk energi til elektrisk og vice versa. Partiklerne vil blive injiceret eller indgivet nasalt, og magnetiske felter vil lede dem til specifikke neuroner.
Når et specielt designet headset påfører et magnetfelt på de målrettede neuroner, vil den magnetiske kerne bevæge sig og udøve stress på den ydre skal for at generere en elektrisk impuls, der får neuronen til at fyre. Processen fungerer også omvendt med elektriske impulser fra affyring af neuroner konverteret til små magnetiske felter, der samles op af detektorer i headsettet.
At oversætte denne proces til kontrol af droner vil ikke være enkel, indrømmer Sharma, men han glæder sig over den udfordring, som DARPA har lagt ud. ”Hjernen er den sidste grænse inden for medicinsk videnskab,” sagde han. "Vi forstår så lidt af det, og det er det, der gør det meget spændende at forske på dette område."
