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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Über das Nest der Neuronen fliegen
Das ist Bock. Bock, danke dir und deinen Leuten, dass du die Sprache erfunden hast.
Um Ihnen zu danken, möchten wir Ihnen all die unglaublichen Dinge zeigen, die wir dank Ihrer Erfindung gebaut haben.
Okay, lassen Sie uns Bock in ein Flugzeug setzen, dann in ein U-Boot und ihn dann auf die Spitze des Burj Khalifa ziehen. Zeigen wir ihm jetzt ein Teleskop, einen Fernseher und ein iPhone. Und lassen Sie ihn ein wenig im Internet sitzen.
Es hat Spaß gemacht. Wie geht es dir, Bock?
Ja, wir verstehen, dass Sie ziemlich überrascht sind. Zum Nachtisch zeigen wir ihm, wie wir miteinander kommunizieren.
Bock wäre schockiert, wenn er herausfinden würde, dass trotz all der magischen Fähigkeiten, die Menschen durch Dialoge miteinander erworben haben, der Prozess unserer Kommunikation dank der Fähigkeit zu sprechen nicht anders ist als zu seiner Zeit. Wenn zwei Personen miteinander sprechen, verwenden sie eine 50.000 Jahre alte Technologie.
Bock wird auch überrascht sein, dass in einer Welt, in der erstaunliche Maschinen funktionieren, die Menschen, die diese Maschinen hergestellt haben, mit denselben biologischen Körpern herumlaufen, mit denen Bock und seine Freunde gingen. Wie ist das möglich?
Aus diesem Grund sind Neurocomputer-Schnittstellen (BCIs) - eine Teilmenge des breiteren Feldes der neuronalen Technik, die selbst eine Teilmenge der Biotechnologie ist - so interessant. Wir haben die Welt viele Male mit unseren Technologien erobert, aber wenn es um das Gehirn geht - unser Hauptwerkzeug - gibt uns die Welt der Technologie nichts.
Deshalb kommunizieren wir weiterhin mit der von Bock erfundenen Technologie. Daher schreibe ich diesen Satz 20 Mal langsamer als ich denke, und daher fordern hirnbedingte Krankheiten immer noch zu viele Leben.
Aber 50.000 Jahre nach dieser großen Entdeckung kann sich die Welt verändern. Die nächste Grenze des Gehirns wird sich selbst sein.
* * *
Es gibt viele verschiedene Optionen für mögliche Gehirn-Computer-Schnittstellen (manchmal auch als Gehirn-Computer- oder Gehirn-Maschine-Schnittstellen bezeichnet), die für verschiedene Zwecke nützlich sind. Aber jeder, der an NQI arbeitet, versucht, eine, die zweite oder beide dieser Fragen zu lösen:
1. Wie extrahiere ich die notwendigen Informationen aus dem Gehirn?
2. Wie sende ich die notwendigen Informationen an das Gehirn?
Der erste betrifft die Leistung des Gehirns - das heißt die Aufzeichnung dessen, was die Neuronen sagen. Die zweite betrifft die Einführung von Informationen in den natürlichen Fluss des Gehirns oder die Veränderung dieses natürlichen Flusses auf irgendeine Weise - das heißt die Stimulierung von Neuronen.
Diese beiden Prozesse laufen ständig in Ihrem Kopf ab. Im Moment führen Ihre Augen bestimmte horizontale Bewegungen aus, mit denen Sie diesen Satz lesen können. Es sind die Neuronen im Gehirn, die Informationen an die Maschine (Ihre Augen) ausgeben, und die Maschine empfängt den Befehl und antwortet. Und wenn sich Ihre Augen auf eine bestimmte Weise bewegen, dringen Photonen vom Bildschirm in Ihre Netzhaut ein und stimulieren Neuronen im Hinterhauptlappen Ihres Kortex, sodass das Bild der Welt in Ihr Bewusstsein eindringen kann. Das Bild stimuliert dann Neuronen in einem anderen Teil Ihres Gehirns, wodurch Sie die Informationen im Bild verarbeiten und den Satz verstehen können.
Die Eingabe und Ausgabe von Informationen ist das, was die Neuronen des Gehirns tun. Die gesamte NCI-Branche möchte sich diesem Prozess anschließen.
Auf den ersten Blick scheint dies keine so schwierige Aufgabe zu sein. Immerhin ist das Gehirn nur eine Geleekugel. Und der Kortex - der Teil des Gehirns, den wir zu unserer Aufzeichnung und Stimulation hinzufügen möchten - ist nur eine Serviette, die sich bequem außerhalb des Gehirns befindet und leicht zugänglich ist. Im Kortex befinden sich 20 Milliarden Neuronen - 20 Milliarden winzige Transistoren, die uns eine völlig neue Möglichkeit bieten könnten, unser Leben, unsere Gesundheit und die Welt zu kontrollieren, wenn wir lernen, mit ihnen zu arbeiten. Ist es wirklich so schwer, sie zu verstehen? Neuronen sind klein, aber wir wissen, wie man ein Atom spaltet. Der Durchmesser eines Neurons beträgt das 100.000-fache der Größe eines Atoms. Wenn ein Atom ein Lutscher wäre, wäre ein Neuron kilometerweit - also sollten wir definitiv in der Lage sein, mit solchen Größen zu arbeiten. Recht?
Worin besteht das Problem?
Einerseits sind dies die richtigen Gedanken, weil sie zu Fortschritten auf dem Gebiet führen. Wir können es wirklich schaffen. Sobald Sie jedoch verstehen, was wirklich im Gehirn vor sich geht, wird sofort klar: Dies ist die schwierigste Aufgabe für einen Menschen.
Bevor wir über NCIs selbst sprechen, müssen wir daher sorgfältig untersuchen, was die Leute tun, die NCIs erstellen. Das Beste ist, das Gehirn 1000-mal zu vergrößern und zu sehen, was passiert.
Erinnern Sie sich an unseren Vergleich der Großhirnrinde mit einer Serviette?
Wenn wir die Rindenserviette 1000-mal vergrößern - und es waren ungefähr 48 Zentimeter auf jeder Seite -, wird sie jetzt in Manhattan zwei Blocks lang sein. Es dauert ungefähr 25 Minuten, um den Umfang zu umgehen. Und das ganze Gehirn wird die Größe von Madison Square Garden haben.
Lassen Sie es uns in der Stadt selbst löschen. Ich bin sicher, dass mehrere hunderttausend Menschen, die dort leben, uns verstehen werden.
Ich habe mich aus mehreren Gründen für die 1000-fache Vergrößerung entschieden. Eine davon ist, dass wir alle sofort Größen in unserem Kopf umrechnen können. Jeder Millimeter des tatsächlichen Gehirns ist zu einem Meter geworden. In einer viel kleineren Welt von Neuronen ist jedes Mikron zu einem Millimeter geworden, der leicht vorstellbar ist. Zweitens wird die Rinde "menschlich": 2 mm dick sind jetzt 2 Meter - wie eine große Person.
So können wir bis zur 29th Street bis zum Rand unserer riesigen Serviette gehen, und es ist leicht zu sehen, was in ihrer Dicke von zwei Metern passiert. Lassen Sie uns zur Demonstration einen Kubikmeter unserer riesigen Kruste herausziehen, um zu untersuchen, was in einem typischen Kubikmillimeter echter Rinde passiert.
Was sehen wir in diesem Kubikmeter? Meshanin. Lassen Sie es uns aufräumen und zurücklegen.
Lassen Sie uns zuerst die Somas platzieren - die kleinen Körper aller Neuronen, die in diesem Würfel leben.
Somas variieren in der Größe, aber die Neurowissenschaftler, mit denen ich gesprochen habe, sagen, dass Somas von Neuronen im Kortex meistens einen Durchmesser von 10-15 Mikron haben (ein Mikron = Mikron, 1/1000 Millimeter). Das heißt, wenn Sie 7-10 davon in eine Linie setzen, entspricht diese Linie dem Durchmesser der Haare einer Person. Auf unserer Skala hat der Wels einen Durchmesser von 1 bis 1,5 Zentimetern. Lutscher.
Das Volumen der gesamten Kruste passt in 500.000 Kubikmillimeter, und dieser Raum wird ungefähr 20 Milliarden Soms enthalten. Das heißt, der durchschnittliche Kubikmillimeter des Kortex enthält ungefähr 40.000 Neuronen. Das heißt, unser Kubikmeter enthält ungefähr 40.000 Süßigkeiten. Wenn wir unsere Schachtel in 40.000 Würfel mit jeweils 3 cm Rand teilen, befindet sich jeder unserer Süßigkeitenwels in der Mitte seines eigenen 3 cm großen Würfels, und alle anderen Wels sind 3 cm in alle Richtungen.
Bist du jetzt hier? Können Sie sich unseren Messwürfel mit 40.000 schwimmenden Bonbons vorstellen?
Hier ist ein mikroskopisches Bild eines Welses in einem realen Kortex; alles andere um sie herum wurde entfernt:
Okay, bisher sieht es nicht so kompliziert aus. Aber das Soma ist nur ein winziger Bruchteil jedes Neurons. Von jedem unserer Lutscher erstrecken sich verdrehte, verzweigte Dendriten, die sich auf unserer Skala drei bis vier Meter in verschiedene Richtungen erstrecken können, und am anderen Ende könnte sich ein Axon von 100 Metern Länge (wenn es in einen anderen Teil der Kortikalis übergeht) oder einen Kilometer (wenn es abfällt) befinden in das Rückenmark und den Körper). Jeder ist einen Millimeter dick, und diese Drähte verwandeln die Rinde in dicht gewebte elektrische Fadennudeln.
Und in diesen Fadennudeln ist viel los. Jedes Neuron hat synaptische Verbindungen mit 1.000 - manchmal bis zu 10.000 - anderen Neuronen. Da sich im Kortex etwa 20 Milliarden Neuronen befinden, bedeutet dies, dass mehr als 20 Billionen einzelne neuronale Verbindungen (und eine Billiarde Verbindungen im gesamten Gehirn) bestehen. Unser Kubikmeter wird über 20 Millionen Synapsen haben.
Mit all dem gehen nicht nur Dickichte von Fadennudeln von jeweils 40.000 Süßigkeiten in unserem Würfel aus, sondern Tausende anderer Spaghetti passieren unseren Würfel aus anderen Teilen der Rinde. Und das bedeutet, wenn wir versuchen würden, Signale aufzuzeichnen oder Neuronen spezifisch in dieser kubischen Region zu stimulieren, müssten wir sehr schwierig sein, denn im Spaghetti-Durcheinander wäre es schwierig zu bestimmen, welche Spaghetti-Stränge zu unserer Wels-Süßigkeit gehören (und Gott bewahre, diese Paste wird enthalten Purkinje-Zellen).
Und vergessen Sie natürlich nicht die Neuroplastizität. Die Spannung jedes Neurons ändert sich ständig, hunderte Male pro Sekunde. Und zig Millionen synaptischer Verbindungen in unserem Würfel werden ständig ihre Größe ändern, verschwinden und wieder auftauchen.
Dies ist jedoch nur der Anfang.
Es stellt sich heraus, dass Gliazellen auch im Gehirn vorhanden sind - Zellen, die in vielen verschiedenen Typen vorliegen und viele verschiedene Funktionen erfüllen, z. B. das Ausspülen von an Synapsen freigesetzten Chemikalien, das Umwickeln von Axonen mit Myelin und das Immunsystem des Gehirns. Hier sind einige der häufigsten Arten von Gliazellen:
Und wie viele Gliazellen gibt es im Kortex? Ungefähr die gleiche Anzahl wie Neuronen. Fügen Sie also 40.000 weitere dieser Dinge zu unserem Würfel hinzu.
Schließlich gibt es Blutgefäße. Jeder Kubikmillimeter Kortex enthält etwa einen Meter winziger Blutgefäße. Auf unserer Skala bedeutet dies, dass sich in unserem Kubikmeter ein Kilometer Blutgefäße befindet. So sehen sie aus:
Exkurs über Connectoma
Unsere Messbox ist also vollgepackt und mit elektrifizierter Füllung unterschiedlicher Komplexität gefüllt. Denken wir jetzt daran, dass unsere Box tatsächlich einen Kubikmillimeter groß ist.
Ingenieure von Neurocomputer-Schnittstellen müssen entweder herausfinden, was der in diesem Millimeter vergrabene mikroskopisch kleine Wels sagt, oder bestimmte Wels dazu anregen, die richtigen Dinge zu tun. Na dann viel Glück.
Es wäre schwierig für uns, dies mit unserem 1000-fach vergrößerten Gehirn zu tun. Mit einem Gehirn, das sich perfekt in eine Serviette verwandelt. Aber in Wirklichkeit ist er nicht so - diese Serviette liegt auf einem Gehirn voller Falten (die auf unserer Skala 5 bis 30 Meter tief sind). Tatsächlich befindet sich weniger als ein Drittel der Serviettenrinde auf der Oberfläche des Gehirns - das meiste davon liegt in den Falten.
Außerdem gibt es nicht so viel Material, mit dem im Labor gearbeitet werden kann. Das Gehirn ist in vielen Schichten bedeckt, einschließlich des Schädels, der bei 1000-facher Vergrößerung 7 Meter dick wäre. Und da die meisten Menschen es nicht wirklich mögen, wenn ihr Schädel zu lange geöffnet ist - und dies ist in der Tat ein zweifelhaftes Ereignis -, müssen Sie so sorgfältig und vorsichtig wie möglich mit winzigen Hirnlutschern arbeiten.
Und das alles trotz der Tatsache, dass Sie mit der Rinde arbeiten - aber viele interessante Ideen zum Thema NCI befassen sich mit Strukturen, die viel niedriger sind, und wenn Sie auf unserem Stadthirn stehen, werden sie in einer Tiefe von 50 bis 100 Metern liegen.
Stellen Sie sich vor, wie viel in unserem Würfel vor sich geht - und dies ist nur ein 500.000ster Teil der Großhirnrinde. Wenn wir unsere gesamte gigantische Kruste in gleich große Meter große Würfel zerbrechen und sie in einer Reihe aufstellen würden, würden sie sich über 500 Kilometer erstrecken - bis nach Boston. Und wenn Sie sich für einen Umweg entscheiden, der beim schnellen Gehen mehr als 100 Stunden dauert, können Sie jederzeit anhalten und den Würfel betrachten, und all diese Komplexität wird in ihm stecken. All dies ist jetzt in Ihrem Gehirn.
Elon Musks Neuralink. Teil 3: Wie glücklich du sein solltest, wenn dir das alles egal ist
Deine.
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Wie werden Wissenschaftler und Ingenieure mit dieser Situation umgehen?
Sie versuchen, das Beste aus den Tools herauszuholen, die sie derzeit haben - die Tools, mit denen sie Neuronen aufzeichnen oder stimulieren. Lassen Sie uns die Optionen untersuchen.
NCI-Tools
Nach dem, was bereits getan wurde, gibt es drei allgemeine Kriterien, anhand derer die Vor- und Nachteile eines Aufnahmeinstruments beurteilt werden:
1) Skalieren - wie viele Neuronen aufgezeichnet werden können.
2) Auflösung - wie detailliert die Informationen sind, die das Instrument erhält - räumlich (wie genau Ihre Aufzeichnungen zeigen, welche der einzelnen Neuronen feuern) und zeitlich (wie gut können Sie erkennen, wann die von Ihnen aufgezeichnete Aktivität stattfindet).
3) Invasivität - ob und wie teuer eine Operation ist.
Langfristiges Ziel ist es, die Sahne von allen dreien zu sammeln und zu essen. Aber während sich unweigerlich die Frage stellt, welches dieser Kriterien (eines oder zwei) können Sie vernachlässigen? Die Wahl dieses oder jenes Werkzeugs ist keine Qualitätssteigerung oder -minderung, sondern ein Kompromiss.
Mal sehen, welche Tools derzeit verwendet werden:
fMRI
- Maßstab: groß (zeigt Informationen aus dem Gehirn)
- Auflösung: niedrig bis mittel - räumlich, sehr niedrig - zeitlich
- Invasivität: nicht invasiv
fMRI wird häufiger nicht in NCI verwendet, sondern als klassisches Aufzeichnungswerkzeug - es gibt Ihnen Informationen darüber, was im Gehirn geschieht.
Das fMRT verwendet die MRT, eine Technologie für die Magnetresonanztomographie. Die MRT wurde in den 1970er Jahren erfunden und war die Weiterentwicklung des Röntgen-CT. Anstelle von Röntgenstrahlen verwendet die MRT Magnetfelder (zusammen mit Radiowellen und anderen Signalen), um Bilder von Körper und Gehirn zu erstellen. So was:
Kompletter Satz von Querschnitten, mit denen Sie den gesamten Kopf sehen können.
Eine sehr ungewöhnliche Technologie.
Die fMRT ("funktionelle" MRT) verwendet die MRT-Technologie, um Änderungen des Blutflusses zu verfolgen. Wozu? Denn wenn Bereiche des Gehirns aktiver werden, verbrauchen sie mehr Energie, was bedeutet, dass sie mehr Sauerstoff benötigen. Daher nimmt der Blutfluss in diesem Bereich zu, um diesen Sauerstoff zu liefern. Ein fMRI-Scan kann Folgendes zeigen:
Natürlich ist immer Blut im Gehirn - dieses Bild zeigt, wo der Blutfluss zugenommen hat (rot, orange, gelb) und wo er abgenommen hat (blau). Und da fMRI das gesamte Gehirn scannen kann, sind die Ergebnisse dreidimensional:
FMRI hat viele medizinische Anwendungen, beispielsweise die Information von Ärzten darüber, ob bestimmte Bereiche des Gehirns nach einem Schlaganfall funktionieren, und fMRI hat Neurowissenschaftlern viel darüber beigebracht, welche Bereiche des Gehirns an diesen Funktionen beteiligt sind. Der Scan liefert auch wichtige Informationen darüber, was zu einem bestimmten Zeitpunkt im Gehirn geschieht. Er ist sicher und nicht invasiv.
Der große Nachteil ist die Auflösung. Das fMRI-Scannen hat eine wörtliche Auflösung wie Pixel eines Computerbildschirms, aber anstelle von zweidimensionalen wird seine Auflösung durch dreidimensionale kubische volumetrische Pixel dargestellt - Voxel (Voxel).
FMRI-Voxel sind mit der Verbesserung der Technologie kleiner geworden, was zu einer erhöhten räumlichen Auflösung führt. Voxel moderner fMRT können bis zu einem Kubikmillimeter groß sein. Das Gehirnvolumen beträgt ca. 1.200.000 mm3, sodass ein hochauflösender fMRI-Scan das Gehirn in eine Million kleine Würfel unterteilt. Das Problem ist, dass dies auf neuronaler Ebene immer noch ziemlich viel ist - jedes Voxel enthält Zehntausende von Neuronen. Im besten Fall zeigt fMRI den durchschnittlichen Blutfluss, der von jeder Gruppe von etwa 40.000 Neuronen aufgenommen wird.
Ein noch größeres Problem ist die vorübergehende Lösung. fMRT überwacht den ungenauen Blutfluss mit einer Verzögerung von etwa einer Sekunde - eine Ewigkeit in der Welt der Neuronen.
EEG
- Skala: hoch
- Auflösung: räumlich sehr niedrig, zeitlich mittelhoch
- Invasivität: nicht invasiv
Das vor fast einem Jahrhundert erfundene EEG (Elektroenzephalographie) platziert viele Elektroden auf dem Kopf. So:
Das EEG ist definitiv eine Technologie, die für den Menschen im Jahr 2050 lächerlich primitiv aussehen wird, aber im Moment ist es eines der wenigen Instrumente, die mit einem vollständig nicht-invasiven NCI verwendet werden können. Ein EEG zeichnet die elektrische Aktivität in verschiedenen Bereichen des Gehirns auf und zeigt die Ergebnisse wie folgt an:
EEG-Diagramme können Informationen zu medizinischen Problemen wie Epilepsie enthalten, Schlafmuster verfolgen oder den Anästhesiedosisstatus bestimmen.
Im Gegensatz zu fMRT hat das EEG eine ziemlich gute zeitliche Auflösung und empfängt elektrische Signale vom Gehirn, sobald sie erscheinen - obwohl der Schädel die zeitliche Genauigkeit erheblich verdünnt (Knochen ist ein schlechter Leiter).
Der Hauptnachteil ist die räumliche Auflösung. EEG hat es nicht. Jede Elektrode registriert nur den Durchschnittswert - die Vektorsumme der Ladungen von Millionen oder Milliarden von Neuronen (verschwommen wegen des Schädels).
Stellen Sie sich vor, das Gehirn ist ein Baseballstadion, seine Neuronen sind Menschen in einer Menschenmenge, und die Informationen, die wir erhalten möchten, sind anstelle elektrischer Aktivität eine Ableitung der Stimmbänder. In diesem Fall ist das EEG eine Gruppe von Mikrofonen außerhalb des Stadions hinter seinen Außenwänden. Sie werden hören können, wann die Menge anfängt zu singen, und können sogar vorhersagen, worüber sie schreien wird. Sie können deutliche Signale erkennen, wenn es einen engen Kampf gibt oder jemand gewinnt. Sie können auch herausfinden, ob etwas Außergewöhnliches passiert. Das ist alles.
EKG
- Skala: hoch
- Auflösung: niedrig räumlich, hoch zeitlich
- Invasivität: vorhanden
Ein EKG (Elektrokortikographie) ähnelt einem EEG dahingehend, dass es auch Elektroden auf der Oberfläche verwendet - es platziert sie einfach unter dem Schädel auf der Oberfläche des Gehirns.
Dumm. Aber effektiv - viel effektiver als das EEG. Ohne die Störung durch den Schädel deckt das EKG höhere räumliche (ca. 1 cm) und zeitliche Auflösungen (5 Millisekunden) ab. EKG-Elektroden können über oder unter der Dura Mater platziert werden:
Schichten links von oben nach unten: Kopfhaut, Schädel, Dura Mater, Arachnoidea, Pia Mater, Kortex, weiße Substanz. Rechte Signalquelle: EEG, EKG, intraparenchymal (LFP usw.)
Um auf die Analogie zu unserem Stadion zurückzukommen: EKG-Mikrofone befinden sich im Stadion und näher an der Menge. Daher ist der Klang viel klarer als bei EEG-Mikrofonen außerhalb des Stadions, und das EKoG kann zwischen den Geräuschen einzelner Segmente der Menge unterscheiden. Diese Verbesserung kostet jedoch Geld - sie erfordert eine invasive Operation. Aber nach den Maßstäben der invasiven Chirurgie ist diese Intervention gar nicht so schlecht. Ein Chirurg sagte mir: „Es ist relativ nicht invasiv, die Füllung unter die Dura zu legen. Du musst ein Loch in deinen Kopf stechen, aber es ist nicht so beängstigend."
Lokales Feldpotential (LFP)
- Maßstab: klein
- Auflösung: mittel-niedrig räumlich, hoch zeitlich
- Invasivität: hoch
Wechseln wir von Oberflächenelektrodenscheiben zu Mikroelektroden - winzigen Nadeln, die Chirurgen in das Gehirn stecken.
Während einige Elektroden heute noch handgefertigt werden, verwenden neue Technologien Siliziumwafer und Herstellungstechniken, die aus der Industrie für integrierte Schaltkreise entlehnt wurden.
Die Funktionsweise lokaler Feldpotentiale ist einfach: Nehmen Sie eine solche ultradünne Nadel mit einer Elektrodenspitze und führen Sie sie ein oder zwei Millimeter in die Kortikalis ein. Dort sammelt es den Durchschnittswert der elektrischen Ladungen aller Neuronen in einem bestimmten Radius der Elektrode.
LFP bietet Ihnen eine nicht so schlechte räumliche fMRI-Auflösung in Kombination mit einer sofortigen zeitlichen EKG-Auflösung. Nach Auflösungsstandards ist dies wahrscheinlich die beste Option unter allen oben genannten.
Leider ist es auf andere Weise schrecklich.
Im Gegensatz zu fMRT, EEG und EKG hat die LFP-Mikroelektrode keine Skalierung - sie zeigt nur an, was die kleine Kugel um sie herum tut. Und es ist viel invasiver, da es tatsächlich in das Gehirn gelangt.
In einem Baseballstadion ist das LFP ein einzelnes Mikrofon, das über einem Teil der Sitze hängt, in diesem Bereich ein klares Geräusch aufnimmt und hier und da für ein oder zwei Sekunden eine einzelne Stimme aufnimmt - aber zum größten Teil spürt es eine allgemeine Vibration.
Und eine völlig neue Entwicklung ist ein Mehrelektrodenarray, das im Grunde die Idee eines LFP ist, nur besteht es aus jeweils 100 LFPs. Das Mehrelektrodenarray sieht folgendermaßen aus:
Ein winziges 4 x 4 mm großes Quadrat mit 100 Siliziumelektroden. Hier ist noch eine, hier können Sie sehen, wie scharf die Elektroden sind - ein paar Mikrometer ganz oben:
Registrierung einzelner Einheiten
- Maßstab: winzig
- Auflösung: ultrahoch
- Invasivität: sehr hoch
Um einen breiteren LFP aufzuzeichnen, wird die Elektrodenspitze leicht abgerundet, um der Elektrode mehr Oberfläche zu verleihen, und der Widerstand (falscher Fachbegriff) wird verringert, um sehr schwache Signale von einer Vielzahl von Stellen zu erfassen. Infolgedessen sammelt die Elektrode einen Aktivitätschor aus dem lokalen Feld.
Die Registrierung einzelner Einheiten beinhaltet auch eine Nadelelektrode, aber ihre Spitzen sind sehr scharf und der Widerstand wird ebenfalls erhöht. Aufgrund dessen wird der größte Teil des Rauschens verschoben und die Elektrode nimmt fast nichts auf, bis sie sich sehr nahe am Neuron befindet (irgendwo in 50 Mikrometern), und das Signal von diesem Neuron ist stark genug, um die hochohmige Elektrodenwand zu überwinden. Diese Elektrode empfängt separate Signale von einem Neuron und hat kein Hintergrundrauschen. Sie kann das Privatleben dieses Neurons beobachten. Kleinstmöglicher Maßstab, höchstmögliche Auflösung.
Einige Elektroden möchten Beziehungen zur nächsten Ebene herstellen und die Patch-Clamp-Methode verwenden, mit der Sie die Elektrodenspitze entfernen und nur ein winziges Röhrchen, eine Glaspipette, zurücklassen können, die die Zellmembran des Neurons direkt ansaugt und feinere Messungen vornimmt.
Patch Clamp hat auch diesen Vorteil: Im Gegensatz zu allen anderen Methoden berührt es das Neuron physisch und kann das Neuron nicht nur aufzeichnen, sondern auch stimulieren, indem Strom eingespeist oder die Spannung auf einem bestimmten Niveau gehalten wird, um bestimmte Tests durchzuführen (andere Methoden können nur ganze Gruppen stimulieren) ganze Neuronen).
Schließlich können die Elektroden das Neuron vollständig unterwerfen und tatsächlich die Membran durchdringen, um aufzuzeichnen. Wenn die Spitze scharf genug ist, wird die Zelle nicht zerstört - die Membran wird sozusagen um die Elektrode herum versiegelt, und es ist sehr einfach, das Neuron zu stimulieren oder die Spannungsdifferenz zwischen der äußeren und der inneren Umgebung des Neurons aufzuzeichnen. Dies ist jedoch eine kurzfristige Technik - ein punktiertes Neuron wird nicht lange leben.
In unserem Stadion sieht die Registrierung einzelner Einheiten wie ein unidirektionales Mikrofon aus, das am Kragen eines dicken Mannes befestigt ist. Lokale potenzielle Klemmung ist ein Mikrofon im Hals einer Person, das die genaue Bewegung der Stimmbänder aufzeichnet. Dies ist eine großartige Möglichkeit, um die Gefühle einer Person gegenüber dem Spiel kennenzulernen, aber sie werden aus dem Zusammenhang gerissen und können nicht verwendet werden, um zu beurteilen, was im Spiel passiert, oder über die Person selbst.
Das ist alles, was wir haben. Zumindest verwenden wir das ziemlich oft. Diese Werkzeuge sind gleichzeitig sehr fortschrittlich und werden Menschen der Zukunft, die nicht glauben werden, dass wir eine der Technologien wählen mussten, wie Steinzeittechnologien erscheinen, um den Schädel zu öffnen, um qualitativ hochwertige Aufzeichnungen des Gehirns zu erhalten.
Trotz aller Einschränkungen haben uns diese Tools viel über das Gehirn beigebracht und zur Schaffung der ersten merkwürdigen Gehirn-Computer-Schnittstellen geführt. Mehr dazu im nächsten Teil.
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
