DARPA: Finansiering av bærbare hjernemaskingrensesnitt

DARPA har gitt midler til seks organisasjoner for å støtte Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (N³) program, først kunngjort i mars 2018. Battelle Memorial Institute, Carnegie Mellon University, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Palo Alto Research Center (PARC), Rice University og Teledyne Scientific er ledende flerfaglige team for å utvikle høyoppløselige, toveis hjernemaskingrensesnitt for bruk av funksjonshemmede tjenestemedlemmer. Disse bærbare grensesnittene kan til slutt muliggjøre forskjellige nasjonale sikkerhetsapplikasjoner som kontroll av aktive cyberforsvarssystemer og svermer av ubemannede luftfartøyer, eller sammen med datasystemer for å multitaske under komplekse oppdrag.

"DARPA forbereder seg på en fremtid der en kombinasjon av ubemannede systemer, kunstig intelligens og nettoperasjoner kan føre til at konflikter spiller ut på tidslinjer som er for korte til at mennesker effektivt kan styre med dagens teknologi alene," sa Al Emondi, N³ programleder. "Ved å lage et mer tilgjengelig hjernemaskingrensesnitt som ikke krever kirurgi for å bruke, kunne DARPA levere verktøy som gjør at oppdragsførere kan forbli meningsfullt involvert i dynamiske operasjoner som utspiller seg med hurtig hastighet."

I løpet av de siste 18 årene har DARPA demonstrert stadig sofistikerte nevroteknologier som er avhengige av kirurgisk implanterte elektroder for å komme i kontakt med sentrale eller perifere nervesystemer. Byrået har demonstrert prestasjoner som f.eks nevral kontroll av protesebeinene og gjenoppretting av følelsen av berøring til brukerne av disse lemmene, lindring av ellers intractable nevropsykiatriske sykdommer som depresjon, og forbedring av minnedannelse og tilbakekalling. På grunn av den iboende risikoen ved kirurgi, har disse teknologiene så langt vært begrenset til bruk av frivillige med klinisk behov.

For at militærets primært helsefylte befolkning skal kunne dra nytte av nevroteknologi, kreves ikke-kirurgiske grensesnitt. Likevel kan faktisk lignende teknologier i stor grad komme kliniske populasjoner til gode. Ved å fjerne behovet for kirurgi, søker N3-systemer å utvide bassenget av pasienter som kan få tilgang til behandlinger som dyp hjernestimulering for å håndtere nevrologiske sykdommer.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=eL1nG1O7z-c

Deretter³ team forfølger en rekke tilnærminger som bruker optikk, akustikk og elektromagnetikk for å registrere nevral aktivitet og / eller sende signaler tilbake til hjernen med høy hastighet og oppløsning. Forskningen er delt mellom to spor. Team forfølger enten helt ikke-invasive grensesnitt som er helt utenfor kroppen eller kort invasive grensesnittsystemer som inkluderer nanotransducere som kan leveres midlertidig og nonsurgisk til hjernen for å forbedre signaloppløsningen.

• Battelle-teamet, under hovedetterforsker Dr. Gaurav Sharma, har som mål å utvikle et lite invasivt grensesnittsystem som parer en ekstern sender / mottaker med elektromagnetiske nanotransducere som leveres nonsurgisk til nevroner av interesse. Nanotransduktorene ville konvertere elektriske signaler fra nevronene til magnetiske signaler som kan registreres og behandles av den eksterne senderen, og omvendt, for å muliggjøre toveiskommunikasjon.
• Carnegie Mellon University-teamet, under hovedetterforsker Dr. Pulkit Grover, tar sikte på å utvikle en helt ikke-invasiv enhet som bruker en akusto-optisk tilnærming for å registrere fra hjernen og forstyrre elektriske felt for å skrive til spesifikke nevroner. Teamet vil bruke ultralydbølger for å lede lys inn og ut av hjernen for å oppdage nevral aktivitet. Teamets skrivemetode utnytter den ikke-lineære responsen fra nevroner på elektriske felt for å muliggjøre lokal stimulering av spesifikke celletyper.
• Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory team, under hovedetterforsker Dr. David Blodgett, har som mål å utvikle et helt ikke-invasivt, sammenhengende optisk system for registrering fra hjernen. Systemet vil direkte måle optiske veilengdeforandringer i nevralt vev som korrelerer med nevral aktivitet.
• PARC-teamet, under hovedetterforsker Dr. Krishnan Thyagarajan, har som mål å utvikle en helt ikke-invasiv akustomagnetisk enhet for å skrive til hjernen. Deres tilnærming parrer ultralydbølger med magnetiske felt for å generere lokaliserte elektriske strømmer for nevromodulering. Hybridtilnærmingen gir potensialet for lokal nevromodulering dypere i hjernen.
• Rice University-teamet, under hovedetterforsker Dr. Jacob Robinson, har som mål å utvikle et lite invasivt, toveis system for opptak fra og skriving til hjernen. For opptaksfunksjonen vil grensesnittet bruke diffus optisk tomografi for å utlede nevral aktivitet ved å måle lysspredning i nevralt vev. For å aktivere skrivefunksjonen vil teamet bruke en magneto-genetisk tilnærming for å gjøre nevroner følsomme for magnetiske felt.
• Teledyne-teamet, under hovedetterforsker Dr. Patrick Connolly, tar sikte på å utvikle en fullstendig ikke-invasiv, integrert enhet som bruker mikrooptisk pumpede magnetometre for å oppdage små, lokaliserte magnetfelt som korrelerer med nevral aktivitet. Teamet vil bruke fokusert ultralyd for å skrive til nevroner.

Gjennom hele programmet vil forskningen dra nytte av innsikt gitt av uavhengige juridiske og etiske eksperter som har avtalt å gi innsikt om N³ fremgang og vurdere potensielle fremtidige militære og sivile applikasjoner og implikasjoner av teknologien. I tillegg samarbeider føderale regulatorer med DARPA for å hjelpe teamene med å forstå klarering av menneskelig bruk etter hvert som forskning pågår. Når arbeidet skrider frem, vil disse regulatorene hjelpe deg med å veilede strategier for å sende inn søknader om unntak fra undersøkelsesapparater og nye undersøkelsesmedisiner for å muliggjøre menneskelige studier av N³ systemer i løpet av den siste fasen av det fireårige programmet.

“Hvis N³ er vellykket, vil vi ende opp med bærbare nevrale grensesnittsystemer som kan kommunisere med hjernen fra bare noen få millimeter, og flytte nevroteknologi utover klinikken og til praktisk bruk for nasjonal sikkerhet, ”sa Emondi. "Akkurat som servicemedlemmer tar på seg beskyttende og taktisk utstyr som forberedelse til et oppdrag, kan de i fremtiden sette på et hodesett som inneholder et nevralt grensesnitt, bruke teknologien, men det er nødvendig, og legg deretter verktøyet til side når oppdraget er fullført."

Les hele historien her ...