Prvá časť: Ľudský kolos
Druhá časť: Mozog
Tretia časť: Let nad neurónovým hniezdom
Štvrtá časť: neuro-počítačové rozhrania
Piata časť: Neuaralinkov problém
Šiesta časť: Age of Wizards 1
Šiesta časť: Age of Wizards 2
Siedma časť: Veľká fúzia
Propagačné video:
V roku 1969 spojil vedec Eberhard Fetz jeden neurón v mozgu opice s číselníkom pred jeho tvárou. Keď vystrelil neurón, šípy sa museli pohnúť. Keď si opica myslela, že sa neurón aktivoval a šípky sa posunuli, dostala cukrík s príchuťou banánu. Postupom času sa opice začala v tejto hre zdokonaľovať, pretože chcel viac lahodných sladkostí. Opica sa naučila aktivovať samostatný neurón a stala sa prvou postavou, ktorá dostala rozhranie neuropočítača.
Počas nasledujúcich niekoľkých desaťročí bol pokrok dosť pomalý, ale do polovice 90. rokov sa situácia začala meniť a odvtedy sa všetko zrýchlilo.
Pretože naše chápanie mozgu a elektródových zariadení je dosť primitívne, naše úsilie smeruje k vytvoreniu jednoduchých rozhraní, ktoré sa použijú v tých oblastiach mozgu, ktorým rozumieme najlepšie, ako je motorická a vizuálna kôra.
A keďže experimenty na ľuďoch sú možné len pre ľudí, ktorí sa snažia pomocou NCI zmierniť svoje utrpenie - a pretože sa na to zameriava dopyt na trhu -, naše úsilie bolo takmer celé venované obnoveniu stratených funkcií pre ľudí so zdravotným postihnutím.
Najväčšie priemyselné odvetvia NCI budúcnosti, ktoré poskytnú ľuďom magické superveľmoci a transformujú svet, sú teraz v stave zárodku - a musíme sa nimi riadiť, rovnako ako naše vlastné odhady, premýšľajúce o tom, aký by mohol byť svet v rokoch 2040, 2060 alebo 2100.
Poďme si nimi prejsť.
Toto je počítač, ktorý vytvoril Alan Turing v roku 1950. Volá sa Pilot ACE. Majstrovské dielo svojej doby.
Teraz sa pozrite na toto:
Keď si prečítate nižšie uvedené príklady, chcem, aby ste si túto analógiu nechali na očiach -
Pilot ACE je rovnaký pre iPhone 7
než
každý príklad uvedený nižšie je pre _
- a skúste si predstaviť, čo by malo byť na mieste pomlčky. Neskôr sa k tomu vrátime.
V každom prípade, vo všetkom, čo som si prečítal a diskutoval s ľuďmi v tejto oblasti, sú v súčasnosti vo vývoji tri hlavné kategórie neuropočítačových rozhraní:
Prvý typ NCI č. 1: použitie mozgovej kôry ako diaľkového ovládača
V prípade, že ste zabudli, motorická kôra je tento muž:
Mnoho oblastí mozgu je pre nás nepochopiteľných, ale motorická kôra je pre nás menej nepochopiteľná ako iné. A čo je dôležitejšie, je dobre zmapované, jeho jednotlivé časti ovládajú jednotlivé časti tela.
Dôležité je, že toto je jedna z veľkých oblastí mozgu, ktorá je zodpovedná za našu prácu. Keď človek niečo urobí, motorická kôra takmer s určitosťou potiahne za nitky (minimálne fyzická stránka akcie). Ľudský mozog sa preto nemusí učiť používať motorickú kôru ako diaľkové ovládanie, pretože mozog ju už ako taký používa.
Zdvihni ruku. Teraz to položte. Vidíš? Vaša ruka je ako malý hračkársky dron a váš mozog jednoducho používa motorickú kôru ako diaľkový ovládač, pomocou ktorého dron sundá a vráti späť.
Účelom NCI založenej na motorickej kôre je pripojiť sa k nej a potom, keď diaľkový ovládač spustí príkaz, tento príkaz počuť a poslať ho na nejaké zariadenie, ktoré na neho dokáže reagovať. Napríklad na ruku. Zväzok nervov je prostredníkom medzi vašou kôrou a rukou. NCI je sprostredkovateľom medzi vašou motorickou kôrou a počítačom. Je to jednoduché.
Jeden z týchto typov rozhraní umožňuje osobe - zvyčajne osobe ochrnutej z krku alebo s amputovanou končatinou - pohybovať mysľou po obrazovke.
Všetko to začína 100-pólovou multielektródovou matricou, ktorá sa implantuje do ľudskej motorickej kôry. Motorická kôra u paralyzovaného človeka funguje výborne - prestala fungovať iba miecha, ktorá slúžila ako medzičlánok medzi kôrou a telom. S implantovaným elektródovým poľom teda vedci umožnili osobe pohybovať rukou v rôznych smeroch. Aj keď to nedokáže, motorická kôra funguje normálne, akoby mohol.
Keď niekto hýbe rukou, jeho motorická kôra exploduje s aktivitou - každý neurón sa však zvyčajne zaujíma iba o jeden typ pohybu. Jeden neurón preto môže vystreliť, kedykoľvek človek pohne rukou doprava, ale nudiť sa bude pri pohybe iným smerom. Len jeden z týchto neurónov potom mohol určiť, kedy chce človek pohybovať rukou doprava a kedy nie. Ale s elektródovým poľom 100 elektród bude každá počúvať samostatný neurón. Preto počas testov, keď sa od človeka požaduje, aby pohyboval rukou doprava, napríklad 38 zo 100 neurónov zaznamená aktivitu neurónov. Keď chce človek pohnúť rukou doľava, aktivuje sa ďalších 41 osôb. V procese precvičovania pohybov rôznymi smermi a rôznymi rýchlosťamipočítač prijíma údaje z elektród a syntetizuje ich do všeobecného porozumenia vzoru aktivácie neurónov, čo zodpovedá zámerom pohybovať sa pozdĺž osí XY.
Keď potom osoba zobrazí tieto údaje na obrazovke počítača, môže pomocou myšlienkovej sily „pokúsiť sa“pohnúť kurzorom, skutočne kurzor ovládať. A funguje to. BrainGate umožnil chlapcovi hrať videohru iba pomocou myšlienkovej sily pomocou NCI spojených s motorickou kôrou.
A keď vám 100 neurónov povie, kam chcú posunúť kurzor, prečo vám nemôžu povedať, keď si chcú vziať kávu a napiť sa? Toto urobila táto ochrnutá žena:
Ďalšej ochrnutej žene sa podarilo lietať na stíhacom simulátore F-35 a opica nedávno jazdila na invalidnom vozíku pomocou svojho mozgu.
A prečo sa obmedzovať iba na ruky? Brazílsky priekopník NKI Miguel Nicolelis a jeho tím postavili celý exoskeleton, ktorý umožnil ochrnutému človeku urobiť úvodný kop na majstrovstvách sveta.
Tento vývoj obsahuje zárodky ďalších budúcich revolučných technológií, ako sú rozhrania typu „brain-to-brain“.
Spoločnosť Nicolelis uskutočnila experiment, pri ktorom bola motorická kôra jednej krysy v Brazílii, ktorá stlačila jednu z dvoch pák v klietke - o ktorej jedna z nich vedela, že si to užije - prostredníctvom internetu pripojená k motorickej kôre inej krysy v USA. Krysa v USA bola v podobnej klietke, až na to, že na rozdiel od krysy v Brazílii nemala žiadne informácie o tom, ktoré z jej dvoch pák by ju potešili - okrem signálov, ktoré dostala od brazílskej krysy. Ak v priebehu experimentu americká krysa správne vybrala páku, tú istú, ktorú potiahla potkan v Brazílii, dostali obe potkany odmenu. Ak vytiahli nesprávny, nedostali ho. Je zaujímavé, že potkany sa postupom času zlepšovali a zlepšovali, spolupracovali ako jeden nervový systém - hoci o vzájomnej existencii vôbec netušili. Úspešnosť amerického potkana bez informácií bola 50%. So signálmi prichádzajúcimi z mozgu brazílskej krysy sa úspešnosť zvýšila na 64%. Tu je video.
Čiastočne to fungovalo aj u ľudí. Pri hraní videohier spolupracovali dvaja ľudia v rôznych budovách. Jeden videl hru, druhý držal ovládač. Pomocou jednoduchých náhlavných súprav EEG mohol hráč, ktorý hru videl, bez pohybov paží myslieť na pohyb ruky, aby „vystrelil“z ovládača - a keďže ich mozgy navzájom komunikovali, hráč s ovládačom pocítil signál v jeho prste a stlačil tlačidlo.
Prvý typ NCI č. 2: umelé uši a oči
Existuje niekoľko dôvodov, prečo patrí zrak nevidiacim a zvuk nepočujúcim medzi najprístupnejšie kategórie neuropočítačových rozhraní.
Po prvé, rovnako ako motorická kôra, aj senzorická kôra sú časti mozgu, ktorým celkom dobre rozumieme, čiastočne preto, že majú tendenciu dobre mapovať.
Po druhé, medzi mnohými z prvých prístupov sme nemuseli pracovať s mozgom - mohli sme interagovať s miestami, kde sa uši a oči spájajú s mozgom, pretože práve tu boli poruchy najbežnejšie.
A zatiaľ čo činnosť motorickej mozgovej kôry mozgu spočívala hlavne v čítaní neurónov na extrakciu informácií z mozgu, umelé zmysly fungujú inak - stimuláciou neurónov k odosielaniu informácií dovnútra.
Za posledné desaťročia sme zaznamenali neuveriteľný vývoj kochleárnych implantátov.
Kochleárny implantát je malý počítač, ktorý má na jednom konci mikrofón (ktorý sedí na vašom uchu) a drôt na druhom konci, ktorý sa pripája k rade elektród lemujúcich kochleu.
Zvuk vstupuje do mikrofónu (malý háčik v hornej časti ucha) a prechádza do hnedej látky, ktorá zvuk spracúva a odfiltruje menej užitočné frekvencie. Hnedá vec potom prenáša informácie cez kožu prostredníctvom elektrickej indukcie do inej zložky počítača, ktorá prevádza informácie na elektrické impulzy a posiela ich do slimáka. Elektródy filtrujú frekvenčné impulzy ako kochla a stimulujú sluchový nerv ako chĺpky v kochle. Takto to vyzerá zvonku:
Inými slovami, umelé ucho vykonáva rovnakú funkciu premeny zvuku na impulzy a jeho prenosu do sluchového nervu ako bežné ucho.
Ale to nie je ideálne. Prečo? Pretože na to, aby ste do mozgu vysielali zvuk v rovnakej kvalite ako bežné ucho, potrebujete 3 500 elektród. Väčšina kochleárnych implantátov obsahuje iba 16. Drsný.
Ale nachádzame sa v ére Pilot ACE - samozrejme, neslušné.
Dnešný kochleárny implantát napriek tomu umožňuje ľuďom počuť reč a reči, čo je už dobré.
Mnoho rodičov nepočujúcich detí dostane kochleárne implantáty, keď majú rok.
Vo svete slepoty prebieha podobná revolúcia v podobe sietnicového implantátu.
Slepota je často výsledkom ochorenia sietnice. V takom prípade môže implantát vykonávať podobnú funkciu pre zrak ako kochleárny implantát pre sluch (aj keď nie tak priamo). Robí to isté ako bežné oko a prenáša informácie na nervy vo forme elektrických impulzov, rovnako ako to robia oči.
Komplexnejšie rozhranie ako kochleárny implantát, prvý implantát sietnice bol schválený FDA v roku 2011 - implantát Argus II vyrobený spoločnosťou Second Sight. Implantát sietnice vyzerá takto:
A funguje to takto:
Implantát sietnice má 60 senzorov. V sietnici je asi milión neurónov. Drsný. Ale vidieť rozmazané hrany, tvary, hru svetla a tmy je oveľa lepšie ako nevidieť vôbec nič. Čo je obzvlášť zaujímavé, je to, že na dosiahnutie dobrého videnia nie je vôbec potrebných milión senzorov - modelovanie naznačilo, že na rozpoznanie a čítanie tváre postačí 600 - 1 000 elektród.
Prvý NCI typu č. 3: hlboká stimulácia mozgu
Od konca 80. rokov sa hlboká stimulácia mozgu stala ďalším surovým nástrojom, ktorý pre mnohých ľudí stále mení život.
Ide tiež o kategóriu NCI, ktoré nesúvisia s vonkajším svetom - to je použitie neuropočítačových rozhraní na vyliečenie alebo zlepšenie seba sama zmenou niečoho vo vnútri.
Stane sa tu jeden alebo dva elektródové drôty, zvyčajne so štyrmi samostatnými elektródovými miestami, ktoré vstupujú do mozgu a často končia niekde v limbickom systéme. Malý kardiostimulátor sa potom implantuje do hornej časti hrudníka a pripojí sa k elektródam. Páči sa ti to:
Elektródy potom môžu podľa potreby dodávať malý náboj, čo je užitočné pri mnohých dôležitých veciach. Napríklad:
- zníženie chvenia u ľudí s Parkinsonovou chorobou
- zníženie závažnosti útokov
- zníženie obsedantno-kompulzívnej poruchy
Pomocou experimentov (teda zatiaľ bez schválenia FDA) sa vedcom podarilo zmierniť určité typy chronickej bolesti, ako sú migrény alebo fantómové bolesti končatín, vyliečiť úzkosť alebo depresiu v PTSD, alebo v kombinácii so stimuláciou svalov obnoviť niektoré narušené mozgové okruhy, ktoré sa rozpadli po mŕtvica alebo neurologické ochorenie.
* * *
Toto je stav stále nedostatočne rozvinutej oblasti NCI. A v tejto chvíli do nej vstupuje Elon Musk. Pre neho a pre Neuralink je moderný priemysel NCI bodom A. Zatiaľ čo v týchto článkoch študujeme minulosť, aby sme sa dostali do súčasnosti. Teraz je čas pozrieť sa do budúcnosti - zistiť, čo je bod B a ako sa k nemu môžeme dostať.
ILYA KHEL
Prvá časť: Ľudský kolos
Druhá časť: Mozog
Tretia časť: Let nad neurónovým hniezdom
Štvrtá časť: neuro-počítačové rozhrania
Piata časť: Neuaralinkov problém
Šiesta časť: Age of Wizards 1
Šiesta časť: Age of Wizards 2
Siedma časť: Veľká fúzia