Del ett: The Human Colossus
Del två: hjärnan
Del tre: Flyga över boet av neuroner
Del fyra: gränssnitt för neurodatorer
Del fem: Neuaralink-problemet
Del sex: Age of Wizards 1
Del sex: Age of Wizards 2
Del sju: The Great Fusion
Kampanjvideo:
År 1969 kopplade en forskare vid namn Eberhard Fetz en neuron i en apas hjärna till en urtavla framför ansiktet. Pilarna var tvungna att röra sig när neuronen avfyrade. När apan tänkte så att nervcellerna aktiverades och pilarna flyttades fick hon ett godis med banansmak. Med tiden började apan att förbättras i det här spelet eftersom han ville ha mer goda sötsaker. Apan lärde sig aktivera en separat neuron och blev den första karaktären som fick ett neurodatorgränssnitt.
Under de kommande decennierna gick framstegen ganska långsamt, men i mitten av 90-talet började situationen förändras och sedan dess har allt accelererat.
Eftersom vår förståelse av hjärnan och elektrodutrustningen är ganska primitiv, tenderar våra ansträngningar att skapa enkla gränssnitt som kommer att användas i de delar av hjärnan som vi förstår bäst, såsom motorisk cortex och visuell cortex.
Och eftersom mänskliga experiment bara är möjliga för människor som försöker använda NCI för att lindra deras lidande - och eftersom marknadens efterfrågan är fokuserad på detta - har våra ansträngningar nästan helt ägnats åt att återställa förlorade funktioner för personer med funktionsnedsättning.
Framtidens största ICI-industrier, som kommer att ge människor magiska superkrafter och förvandla världen, befinner sig nu i ett embryotillstånd - och vi måste vägledas av dem, liksom våra egna gissningar, och tänka på hur världen kan vara 2040, 2060 eller 2100.
Låt oss gå igenom dem.
Detta är en dator som skapades av Alan Turing 1950. Det heter Pilot ACE. Ett mästerverk av sin tid.
Titta nu på det här:
När du läser exemplen nedan vill jag att du ska hålla denna analogi framför dina ögon -
Pilot ACE är detsamma för iPhone 7
än
varje exempel nedan är för _
- och försök föreställa dig vad ett streck ska vara på plats. Vi kommer tillbaka till det senare.
Hur som helst, av allt jag har läst och diskuterat med människor i fältet finns det för närvarande tre huvudkategorier av neurodatorgränssnitt under utveckling:
Första NCI-typ 1: använder motor cortex som fjärrkontroll
Om du har glömt är motorbarken den här killen:
Många områden i hjärnan är obegripliga för oss, men motorbarken är mindre obegriplig för oss än andra. Och ännu viktigare, det är väl kartlagt, dess individuella delar kontrollerar enskilda delar av kroppen.
Viktigt är att detta är en av de stora hjärnregionerna som ansvarar för vårt arbete. När en person gör något drar motorbarken nästan säkert i trådarna (åtminstone den fysiska sidan av åtgärden). Därför behöver den mänskliga hjärnan inte lära sig att använda motorisk cortex som en fjärrkontroll, eftersom hjärnan redan använder den som sådan.
Räck upp handen. Lägg ner det nu. Ser? Din hand är som en liten leksaksdrona, och din hjärna använder helt enkelt motorbarken som en fjärrkontroll för att ta bort drönaren och tillbaka.
Syftet med ett NCI baserat på motor cortex är att ansluta till det, och sedan, när fjärrkontrollen utlöser ett kommando, hör du det kommandot och skickar det till någon enhet som kan svara på det. Till exempel till hands. En bunt nerver är mellanhanden mellan din cortex och din hand. NCI är en mellanhand mellan din motorbark och din dator. Det är enkelt.
En av dessa typer av gränssnitt gör det möjligt för en person - vanligtvis en person som är förlamad från nacken eller med en amputerad lem - att flytta markören på skärmen med sina sinnen.
Allt börjar med en 100-stifts flerelektrodmatris som implanteras i den mänskliga motoriska cortexen. Motorbarken hos en förlamad person fungerar bra - bara ryggmärgen, som fungerade som mellanhand mellan cortex och kroppen, slutade fungera. Således, med den implanterade elektroduppsättningen, tillät forskarna personen att flytta sin arm i olika riktningar. Även om han inte kan göra det fungerar motorbarken normalt, som om han kunde.
När någon rör sig i armen exploderar deras motoriska cortex av aktivitet - men varje neuron är vanligtvis bara intresserad av en typ av rörelse. Därför kan en neuron skjuta närhelst en person rör sin hand åt höger, men kommer att bli uttråkad när han rör sig i andra riktningar. Då kunde bara en av denna neuron avgöra när en person vill flytta handen åt höger och när inte. Men med en elektroduppsättning på 100 elektroder kommer var och en att lyssna på en separat neuron. Därför registrerar till exempel 38 av 100 neuroner under tester, när en person ombeds att flytta handen till höger, neuronernas aktivitet. När en person vill flytta handen åt vänster aktiveras 41 andra. I processen att öva rörelser i olika riktningar och i olika hastigheter,datorn tar emot data från elektroderna och syntetiserar dem till en allmän förståelse av mönstret för neuronal aktivering, vilket motsvarar avsikterna att röra sig längs XY-axlarna.
När de sedan visar dessa data på en datorskärm kan en person med hjälp av tanken "försöka" flytta markören, faktiskt styra markören. Och det fungerar. BrainGate gjorde det möjligt för pojken att spela ett videospel med bara tankekraften med hjälp av NCI: er kopplade till motorbarken.
Och om 100 neuroner kan berätta var de vill flytta markören, varför kan de inte berätta när de vill plocka upp sitt kaffe och ta en klunk? Det här gjorde den förlamade kvinnan:
En annan förlamad kvinna lyckades flyga i en F-35-fighter-simulator, och en apa red nyligen i rullstol med hjälp av hans hjärna.
Och varför begränsas till endast händer? NKIs brasilianska pionjär Miguel Nicolelis och hans team byggde ett helt exoskelett som gjorde det möjligt för en förlamad person att ta öppningsparken vid VM.
Denna utveckling innehåller frön från andra framtida revolutionära tekniker, såsom hjärn-till-hjärn-gränssnitt.
Nicolelis genomförde ett experiment där motorbarken hos en råtta i Brasilien, som pressade en av två spakar i en bur - varav en råtta visste att den skulle njuta av - var ansluten via Internet till motorbarken hos en annan råtta i USA. En råtta i USA var i en liknande bur, förutom att hon, till skillnad från en råtta i Brasilien, inte hade någon information om vilken av hennes två spakar som skulle behaga henne - förutom de signaler hon fick från den brasilianska råttan. Under experimentets gång fick den amerikanska råttan en belöning om den amerikanska råttan valde spaken korrekt, samma som råttan drog i Brasilien. Om de drog fel fick de inte det. Intressant att råttorna över tid blev bättre och bättre, arbetade tillsammans, som ett nervsystem - även om de inte hade någon aning om varandras existens. Den amerikanska råttans framgång utan information var 50%. Med signaler från hjärnan hos den brasilianska råttan steg framgångsgraden till 64%. Här är en video.
Delvis fungerade det också hos människor. Två personer i olika byggnader arbetade tillsammans medan de spelade ett videospel. En såg spelet, den andra hade en kontroller. Med hjälp av enkla EEG-headset kunde spelaren som såg spelet, utan att röra armarna, tänka på att flytta handen för att "skjuta" handkontrollen - och när deras hjärnor kommunicerade med varandra kände spelaren med handkontrollen signalen i fingret och tryckte på knappen.
Första NCI typ 2: konstgjorda öron och ögon
Det finns flera anledningar till att synen för blinda och ljud för döva är bland de mest tillgängliga kategorierna av neurodatorgränssnitt.
Först, liksom motorisk cortex, är sensorisk cortex delar av hjärnan som vi förstår ganska bra, delvis för att de tenderar att kartläggas bra.
För det andra, bland många av de tidiga tillvägagångssätten, behövde vi inte hantera hjärnan - vi kunde interagera med de platser där öronen och ögonen ansluter till hjärnan, för det är här störningarna var vanligast.
Och medan aktiviteten i hjärnans motoriska cortex huvudsakligen handlade om att läsa neuroner för att extrahera information från hjärnan, fungerar artificiella sinnen annorlunda - genom att stimulera neuroner att skicka information inåt.
Under de senaste decennierna har vi sett en otrolig utveckling av cochleaimplantat.
Ett cochleaimplantat är en liten dator som har en mikrofon i ena änden (som sitter på örat) och en tråd i den andra som ansluter till en rad elektroder som ligger i snörblåsan.
Ljudet kommer in i mikrofonen (den lilla kroken längst upp i örat) och går in i den bruna saken, som behandlar ljudet för att filtrera bort mindre användbara frekvenser. Den bruna saken överför sedan informationen genom huden, genom elektrisk induktion, till en annan del av datorn, som omvandlar informationen till elektriska impulser och skickar den till snäckan. Elektroderna filtrerar impulser i frekvens som en cochlea och stimulerar hörselnerven som håren i en cochlea. Så här ser det ut från utsidan:
Med andra ord utför det konstgjorda örat samma funktion för att omvandla ljud till impulser och överföra det till hörselnerven som det normala örat.
Men det här är inte perfekt. Varför? För att skicka ljud till hjärnan med samma kvalitet som ett normalt öra behöver du 3500 elektroder. De flesta cochleaimplantat innehåller endast 16. Grovt.
Men vi befinner oss i en tid av Pilot ACE - naturligtvis oförskämd.
Ändå tillåter dagens cochleaimplantat att människor hör tal och tal, vilket redan är bra.
Många föräldrar till döva barn får cochleaimplantat när de är ett år gamla.
I blindhetens värld pågår en liknande revolution i form av ett retinalimplantat.
Blindhet är ofta resultatet av retinal sjukdom. I det här fallet kan implantatet utföra en liknande funktion för synen som ett cochleaimplantat för hörsel (men inte så direkt). Det gör samma sak som det normala ögat och överför information till nerverna i form av elektriska impulser, precis som ögonen gör.
Ett mer komplext gränssnitt än ett cochleaimplantat, det första retinalimplantatet godkändes av FDA 2011 - Argus II-implantatet från Second Sight. Retinalimplantatet ser ut så här:
Och det fungerar så här:
Retinalimplantatet har 60 sensorer. Det finns ungefär en miljon nervceller i näthinnan. Grov. Men att se suddiga kanter, former, ljusspel och mörker är mycket bättre än att inte se någonting alls. Det som är särskilt intressant är att en miljon sensorer inte behövs för att uppnå god syn alls - modellering har föreslagit att 600-1000 elektroder räcker för ansiktsigenkänning och läsning.
Första NCI typ 3: djup hjärnstimulering
Sedan slutet av 1980-talet har djup hjärnstimulering blivit ett annat grovt verktyg som fortfarande är livsförändrande för många människor.
Det är också en kategori av NCI som inte är relaterade till omvärlden - det här är användningen av neurodatorgränssnitt för att läka eller förbättra sig själv genom att ändra något inuti.
Vad som händer här är en eller två elektrodtrådar, vanligtvis med fyra separata elektrodställen, som kommer in i hjärnan och ofta hamnar någonstans i det limbiska systemet. En liten pacemaker implanteras sedan i det övre bröstet och ansluts till elektroderna. Så här:
Då kan elektroderna leverera en liten laddning efter behov, vilket är användbart för många viktiga saker. Till exempel:
- minskning av tremor hos personer med Parkinsons sjukdom
- minska attackernas svårighetsgrad
- minskning av tvångssyndrom
Genom experiment (det vill säga hittills utan FDA-godkännande) har forskare kunnat lindra vissa typer av kronisk smärta, såsom migrän eller fantomsmärta i extremiteterna, bota ångest eller depression vid PTSD, eller, i kombination med muskelstimulering, återställa vissa störda hjärnkretsar som har gått sönder efter stroke eller neurologisk sjukdom.
* * *
Detta är tillståndet för det fortfarande underutvecklade området för NCI. Och just nu går Elon Musk in i den. För honom och för Neuralink är den moderna NCI-industrin punkt A. Medan vi har utforskat det förflutna genom alla dessa artiklar för att komma till nuet. Nu är det dags att titta in i framtiden - ta reda på vilken punkt B är och hur vi kan komma till den.
ILYA KHEL
Del ett: The Human Colossus
Del två: hjärnan
Del tre: Flyga över boet av neuroner
Del fyra: gränssnitt för neurodatorer
Del fem: Neuaralink-problemet
Del sex: Age of Wizards 1
Del sex: Age of Wizards 2
Del sju: The Great Fusion