Erster Teil: Der menschliche Koloss
Zweiter Teil: Das Gehirn
Dritter Teil: Über das Nest der Neuronen fliegen
Teil vier: Neurocomputer-Schnittstellen
Fünfter Teil: Das Neuaralink-Problem
Sechster Teil: Zeitalter der Zauberer 1
Sechster Teil: Age of Wizards 2
Teil Sieben: Die große Fusion
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1969 verband ein Wissenschaftler namens Eberhard Fetz ein Neuron im Gehirn eines Affen mit einem Zifferblatt vor seinem Gesicht. Die Pfeile mussten sich bewegen, als das Neuron feuerte. Als der Affe dachte, dass das Neuron aktiviert und die Pfeile verschoben wurden, erhielt sie eine Süßigkeit mit Bananengeschmack. Im Laufe der Zeit begann sich der Affe in diesem Spiel zu verbessern, weil er mehr köstliche Süßigkeiten wollte. Der Affe lernte, ein separates Neuron zu aktivieren und erhielt als erster Charakter eine Neurocomputer-Schnittstelle.
In den nächsten Jahrzehnten waren die Fortschritte eher langsam, aber Mitte der 90er Jahre begann sich die Situation zu ändern, und seitdem hat sich alles beschleunigt.
Da unser Verständnis der Gehirn- und Elektrodenausrüstung eher primitiv ist, zielen unsere Bemühungen in der Regel darauf ab, einfache Schnittstellen zu schaffen, die in den Bereichen des Gehirns verwendet werden, die wir am besten verstehen, wie z. B. dem motorischen Kortex und dem visuellen Kortex.
Und da menschliches Experimentieren nur für Menschen möglich ist, die versuchen, mit NCI ihr Leiden zu lindern - und weil sich die Marktnachfrage darauf konzentriert -, haben wir uns fast ausschließlich der Wiederherstellung verlorener Funktionen für Menschen mit Behinderungen gewidmet.
Die größten NCI-Industrien der Zukunft, die den Menschen magische Superkräfte verleihen und die Welt verändern werden, befinden sich jetzt in einem Embryo-Zustand - und wir müssen uns von ihnen und unseren eigenen Vermutungen leiten lassen und darüber nachdenken, wie die Welt in den Jahren 2040, 2060 oder 2100 aussehen könnte.
Lassen Sie uns sie durchgehen.
Dies ist ein Computer, der 1950 von Alan Turing entwickelt wurde. Es heißt Pilot ACE. Ein Meisterwerk seiner Zeit.
Nun sieh dir das an:
Wenn Sie die folgenden Beispiele lesen, möchte ich, dass Sie diese Analogie vor Augen halten -
Pilot ACE ist das gleiche für iPhone 7
als
Jedes Beispiel unten ist für _
- und versuchen Sie sich vorzustellen, was für ein Strich vorhanden sein sollte. Wir werden später darauf zurückkommen.
Von allem, was ich gelesen und mit Fachleuten besprochen habe, befinden sich derzeit drei Hauptkategorien von neuronalen Computerschnittstellen in der Entwicklung:
Erster NCI-Typ Nr. 1: Verwendung des Motorkortex als Fernbedienung
Falls Sie es vergessen haben, ist der motorische Kortex dieser Typ:
Viele Bereiche des Gehirns sind für uns unverständlich, aber der motorische Kortex ist für uns weniger unverständlich als andere. Und was noch wichtiger ist, es ist gut abgebildet, seine einzelnen Teile steuern einzelne Körperteile.
Wichtig ist, dass dies eine der großen Gehirnregionen ist, die für unsere Arbeit verantwortlich sind. Wenn eine Person etwas tut, zieht der motorische Kortex mit ziemlicher Sicherheit die Fäden (zumindest die physische Seite der Handlung). Daher muss das menschliche Gehirn nicht lernen, den motorischen Kortex als Fernbedienung zu verwenden, da das Gehirn ihn bereits als solche verwendet.
Hebe deine Hand. Jetzt leg es hin. Sehen? Ihre Hand ist wie eine kleine Spielzeugdrohne, und Ihr Gehirn verwendet einfach den motorischen Kortex als Fernbedienung, um die Drohne aus- und zurückzunehmen.
Der Zweck einer NCI, die auf dem Motorkortex basiert, besteht darin, eine Verbindung herzustellen. Wenn die Fernbedienung einen Befehl auslöst, hören Sie diesen Befehl und senden Sie ihn an ein Gerät, das darauf reagieren kann. Zum Beispiel zur Hand. Ein Nervenbündel ist der Vermittler zwischen Ihrer Kortikalis und Ihrer Hand. NCI ist ein Vermittler zwischen Ihrem motorischen Kortex und Ihrem Computer. Es ist einfach.
Eine dieser Arten von Schnittstellen ermöglicht es einer Person - normalerweise einer vom Hals gelähmten Person oder einem amputierten Glied -, den Cursor auf dem Bildschirm mit ihren Gedanken zu bewegen.
Alles beginnt mit einer 100-poligen Mehrelektrodenmatrix, die in den menschlichen motorischen Kortex implantiert wird. Der motorische Kortex bei einer gelähmten Person funktioniert hervorragend - nur das Rückenmark, das als Vermittler zwischen Kortex und Körper diente, funktionierte nicht mehr. Mit dem implantierten Elektrodenarray erlaubten die Forscher der Person, ihren Arm in verschiedene Richtungen zu bewegen. Selbst wenn er es nicht kann, funktioniert der motorische Kortex normal, als ob er könnte.
Wenn jemand seinen Arm bewegt, explodiert sein motorischer Kortex vor Aktivität - aber jedes Neuron ist normalerweise nur an einer Art von Bewegung interessiert. Daher kann ein Neuron feuern, wenn eine Person ihre Hand nach rechts bewegt, aber es wird langweilig, wenn sie sich in andere Richtungen bewegt. Dann konnte nur eines dieser Neuronen bestimmen, wann eine Person ihre Hand nach rechts bewegen möchte und wann nicht. Bei einem Elektrodenarray von 100 Elektroden hört jede Elektrode ein separates Neuron. Wenn also eine Person während eines Tests aufgefordert wird, ihre Hand nach rechts zu bewegen, zeichnen 38 von 100 Neuronen die Aktivität von Neuronen auf. Wenn eine Person ihre Hand nach links bewegen möchte, werden 41 andere aktiviert. Während des Übens von Bewegungen in verschiedene Richtungen und mit unterschiedlichen GeschwindigkeitenDer Computer empfängt Daten von den Elektroden und synthetisiert sie zu einem allgemeinen Verständnis des Musters der neuronalen Aktivierung, das den Absichten entspricht, sich entlang der XY-Achsen zu bewegen.
Wenn sie diese Daten dann auf dem Computerbildschirm anzeigen, kann die Person durch Gedankenkraft "versuchen", den Cursor zu bewegen, und tatsächlich den Cursor steuern. Und es funktioniert. Mit Hilfe von NCIs, die an den motorischen Kortex gekoppelt waren, ermöglichte BrainGate dem Jungen, ein Videospiel nur mit der Kraft des Denkens zu spielen.
Und wenn 100 Neuronen Ihnen sagen können, wohin sie den Cursor bewegen möchten, warum können sie Ihnen dann nicht sagen, wann sie ihren Kaffee abholen und einen Schluck nehmen möchten? Das hat diese gelähmte Frau getan:
Eine andere gelähmte Frau konnte in einem F-35-Kampfsimulator fliegen, und ein Affe fuhr kürzlich mit Hilfe seines Gehirns im Rollstuhl.
Und warum nur auf Hände beschränkt sein? Der brasilianische NKI-Pionier Miguel Nicolelis und sein Team bauten ein ganzes Exoskelett, das es einer gelähmten Person ermöglichte, den Eröffnungsstoß bei der Weltmeisterschaft auszuführen.
Diese Entwicklungen enthalten die Keime anderer zukünftiger revolutionärer Technologien wie Gehirn-zu-Gehirn-Schnittstellen.
Nicolelis führte ein Experiment durch, bei dem der motorische Kortex einer Ratte in Brasilien, der einen von zwei Hebeln in einem Käfig drückte - von denen die Ratte wusste, dass er sie genießen würde - über das Internet mit dem motorischen Kortex einer anderen Ratte in den USA verbunden war. Eine Ratte in den Vereinigten Staaten befand sich in einem ähnlichen Käfig, außer dass sie im Gegensatz zu einer Ratte in Brasilien keine Informationen darüber hatte, welcher ihrer beiden Hebel ihr gefallen würde - außer den Signalen, die sie von der brasilianischen Ratte erhielt. Im Verlauf des Experiments erhielten beide Ratten eine Belohnung, wenn die amerikanische Ratte den Hebel richtig auswählte, den gleichen, den die Ratte in Brasilien gezogen hatte. Wenn sie den falschen gezogen haben, haben sie ihn nicht verstanden. Interessanterweise wurden die Ratten im Laufe der Zeit immer besser und arbeiteten zusammen wie ein Nervensystem - obwohl sie keine Ahnung hatten, ob sie voneinander existieren. Der Erfolg der amerikanischen Ratte ohne Information betrug 50%. Mit Signalen aus dem Gehirn der brasilianischen Ratte stieg die Erfolgsquote auf 64%. Hier ist ein Video.
Zum Teil funktionierte es auch beim Menschen. Zwei Personen in verschiedenen Gebäuden arbeiteten beim Spielen eines Videospiels zusammen. Der eine sah das Spiel, der andere hielt einen Controller in der Hand. Mit einfachen EEG-Headsets konnte der Spieler, der das Spiel sah, ohne seine Arme zu bewegen, daran denken, seine Hand zu bewegen, um auf den Controller zu „schießen“- und da ihr Gehirn miteinander kommunizierte, spürte der Spieler mit dem Controller das Signal in seinem Finger und drückte den Knopf.
Erster NCI Typ 2: künstliche Ohren und Augen
Es gibt mehrere Gründe, warum das Sehen von Blinden und das Hören von Gehörlosen zu den am besten zugänglichen Kategorien von Neurocomputer-Schnittstellen gehören.
Erstens sind der sensorische Kortex wie der motorische Kortex Teile des Gehirns, die wir recht gut verstehen, teilweise weil sie dazu neigen, sich gut abzubilden.
Zweitens mussten wir uns bei vielen frühen Ansätzen nicht mit dem Gehirn befassen - wir konnten mit den Stellen interagieren, an denen sich Ohren und Augen mit dem Gehirn verbinden, da hier die Störungen am häufigsten auftraten.
Und während die Aktivität des motorischen Kortex des Gehirns hauptsächlich darin bestand, Neuronen zu lesen, um Informationen aus dem Gehirn zu extrahieren, funktionieren künstliche Sinne anders - indem sie Neuronen dazu anregen, Informationen nach innen zu senden.
In den letzten Jahrzehnten haben wir eine unglaubliche Entwicklung von Cochlea-Implantaten gesehen.
Ein Cochlea-Implantat ist ein kleiner Computer, der an einem Ende ein Mikrofon (das am Ohr sitzt) und am anderen einen Draht hat, der mit einer Reihe von Elektroden verbunden ist, die die Cochlea auskleiden.
Der Ton gelangt in das Mikrofon (den kleinen Haken oben am Ohr) und in das braune Ding, das den Ton verarbeitet, um weniger nützliche Frequenzen herauszufiltern. Das braune Ding überträgt die Informationen dann durch elektrische Induktion durch die Haut an eine andere Komponente des Computers, die die Informationen in elektrische Impulse umwandelt und an die Cochlea sendet. Die Elektroden filtern Frequenzimpulse wie eine Cochlea und stimulieren den Hörnerv wie die Haare einer Cochlea. So sieht es von außen aus:
Mit anderen Worten, das künstliche Ohr hat die gleiche Funktion, Schall in Impulse umzuwandeln und an den Hörnerv zu übertragen wie das normale Ohr.
Das ist aber nicht ideal. Warum? Denn um Schall mit der gleichen Qualität wie ein normales Ohr an das Gehirn zu senden, benötigen Sie 3500 Elektroden. Die meisten Cochlea-Implantate enthalten nur 16. Rau.
Aber wir befinden uns in der Ära von Pilot ACE - natürlich unhöflich.
Trotzdem ermöglicht das heutige Cochlea-Implantat den Menschen, Sprache zu hören und zu sprechen, was bereits gut ist.
Viele Eltern gehörloser Kinder erhalten im Alter von einem Jahr Cochlea-Implantate.
In der Welt der Blindheit findet eine ähnliche Revolution in Form eines Netzhautimplantats statt.
Blindheit ist oft das Ergebnis einer Netzhauterkrankung. In diesem Fall kann das Implantat eine ähnliche Sehfunktion erfüllen wie ein Cochlea-Implantat zum Hören (wenn auch nicht so direkt). Es macht dasselbe wie das normale Auge und überträgt Informationen in Form von elektrischen Impulsen an die Nerven, genau wie die Augen.
Das erste Netzhautimplantat ist eine komplexere Schnittstelle als ein Cochlea-Implantat und wurde 2011 von der FDA zugelassen - das Argus II-Implantat von Second Sight. Das Netzhautimplantat sieht folgendermaßen aus:
Und es funktioniert so:
Das Netzhautimplantat verfügt über 60 Sensoren. Es gibt ungefähr eine Million Neuronen in der Netzhaut. Rau. Aber verschwommene Kanten, Formen, Spiel von Licht und Dunkelheit zu sehen ist viel besser, als überhaupt nichts zu sehen. Besonders interessant ist, dass eine Million Sensoren nicht benötigt werden, um überhaupt eine gute Sicht zu erzielen. Die Modellierung hat ergeben, dass 600-1000 Elektroden für die Gesichtserkennung und das Lesen ausreichen.
Erster NCI Typ 3: Tiefenhirnstimulation
Seit den späten 1980er Jahren ist die Tiefenhirnstimulation zu einem weiteren groben Instrument geworden, das für viele Menschen immer noch lebensverändernd ist.
Es ist auch eine Kategorie von NCIs, die nicht mit der Außenwelt zusammenhängen - dies ist die Verwendung von Neurocomputer-Schnittstellen, um sich selbst zu heilen oder zu verbessern, indem etwas im Inneren verändert wird.
Was hier passiert, sind ein oder zwei Elektrodendrähte, normalerweise mit vier getrennten Elektrodenstellen, die in das Gehirn gelangen und oft irgendwo im limbischen System landen. Ein kleiner Schrittmacher wird dann in die obere Brust implantiert und mit den Elektroden verbunden. So:
Die Elektroden können dann bei Bedarf eine kleine Ladung abgeben, was für viele wichtige Dinge nützlich ist. Zum Beispiel:
- Verringerung des Tremors bei Menschen mit Parkinson-Krankheit
- Verringerung der Schwere von Angriffen
- Verringerung der Zwangsstörung
Durch Experimente (dh bislang ohne FDA-Zulassung) konnten Wissenschaftler bestimmte Arten chronischer Schmerzen wie Migräne oder Phantomschmerzen in den Gliedmaßen lindern, Angstzustände oder Depressionen bei PTBS heilen oder in Kombination mit Muskelstimulation bestimmte gestörte Gehirnkreise wiederherstellen, die danach zusammengebrochen sind Schlaganfall oder neurologische Erkrankung.
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Dies ist der Zustand des noch unterentwickelten Gebiets des NCI. Und in diesem Moment betritt Elon Musk es. Für ihn und für Neuralink ist die moderne NCI-Industrie Punkt A. Während wir in diesen Artikeln die Vergangenheit untersucht haben, um zum gegenwärtigen Moment zu gelangen. Jetzt ist es Zeit, in die Zukunft zu schauen - um herauszufinden, was Punkt B ist und wie wir dorthin gelangen können.
ILYA KHEL
Erster Teil: Der menschliche Koloss
Zweiter Teil: Das Gehirn
Dritter Teil: Über das Nest der Neuronen fliegen
Teil vier: Neurocomputer-Schnittstellen
Fünfter Teil: Das Neuaralink-Problem
Sechster Teil: Zeitalter der Zauberer 1
Sechster Teil: Age of Wizards 2
Teil Sieben: Die große Fusion