På det medicinske område er de fleste hjerne-maskine interface forskning fokuserer på at forsøge at erstatte tabt sanseinformation, såsom at genoprette følesansen hos personer med rygmarvsskader. Imidlertid har en nylig undersøgelse taget en anden tilgang ved at bruge en hjerne-maskine-grænseflade til at forstærke eksisterende sensoriske systemer og skabe en "sjette sans" hos rotter.
"Dette er et vigtigt skridt i retning af 'Cyber-Physical' systemer, som smelter computere sammen med de levende hjerne,” fortalte seniorforfatter Dr. Tim Lucas, assisterende professor i neurokirurgi ved University of Pennsylvania, til Digital Trends. Han sagde, at teknologien kunne udvikles i fremtiden for at genskabe sanseoplevelser for mennesker, der lider af lammelse.
Anbefalede videoer
Hjerne-computer interfaces kan bruges til at styre alt fra droner til bioniske arme, og de er blevet et varmt emne inden for ny teknologi. Elon Musk arbejder på Neuralink projekt at bruge cybernetiske implantater for at give folk mulighed for at interface med gadgets eller software, og
Facebook arbejder på egen hånd hjernelæsende computersystem. Disse projekter er dog langt fra at skabe brugbare prototyper. Før mennesker kan interagere neuralt med computere, skal forskere finde en måde at integrere indkommende information fra en computer i hjernen.Relaterede
- Hjernelæsende hovedtelefoner er her for at give dig telekinetisk kontrol
- Forskere udvikler en fleksibel hjerne-maskine-grænseflade til styring af kørestole
- 6 spørgsmål, vi har om Elon Musks Neuralink hjernegrænsefladeteknologi
Det nye studie fra Penn Medicine gør netop det ved at implantere bittesmå elektroder i rotters hjerner og fodre dem med information i form af sensorisk feedback. Forskerne begyndte med at kirurgisk implantere elektroderne i rotternes hjerner. Derefter satte de dyrene i en vandlabyrint, som var malet sort indeni, med en platform skjult under vandet, som de skulle nå for at flygte.
Rotterne kunne ikke se platformen, så de modtog ingen visuel information om, hvordan de skulle navigere i labyrinten. Men de havde oplysninger fra grænsefladen. Elektroderne stimulerede deres hjerner til at informere rotterne, hvor platformen var placeret i forhold til deres nuværende position, og rotterne var i stand til at bruge denne information til at nå platformen selv i mørke.
Forskerne brugte en teknik kaldet intrakortikal mikrostimulation, som er meget mere præcis end andre former for hjernestimulering (som f.eks. transkutan jævnstrømsstimulering). Disse andre metoder aktiverer tusinder eller millioner af neuroner og andre neurale elementer, mens intrakortikal mikrostimulation kun aktiverer omkring ti elementer. Det betyder, at den stimulering, der påføres hjernen, kan målrettes præcist, hvilket giver forskerne mulighed for at skabe en enkelt, diskret perception i stedet for at aktivere et helt hjerneområde.
Med denne mere præcise stimulering kunne forskerne målrette sig mod meget specifikke hjerneområder for at formidle information. Der er dog en udfordring. Det er ikke nok blot at stimulere et hjerneområde og antage, at dyret vil være i stand til at forstå den information. Et af de gennembrud, holdet gjorde, var at vise, at "rotte-robotten" kunne assimilere informationen, behandler de eksternt producerede signaler lige så succesfuldt, som hvis den brugte sine naturligt fødte sanser.
Der har tidligere været forsøg på at skabe en "sjette sans" for retninger ved hjælp af eksterne værktøjer som f.eks vibrerende bælte, som kan hjælpe synshandicappede navigere rundt i deres omgivelser. Der er dog begrænsninger for, hvem der kan bruge disse eksterne værktøjer - de kan for eksempel ikke bruges af folk med lammelse, som ikke kan opleve sensorisk feedback.
"En eventuel anvendelse af denne hjerne-computer-enhed er at genoprette følelsen hos personer, der har lidt af rygmarvsskade," sagde Lucas. "En patient som Christopher Reeve kan hverken løfte sin finger eller mærke en nål stikke ind i hans finger. Christopher Reeve ville ikke have meget brug for et vibrerende bælte."
Før forskerne kunne overveje at implantere en hjernestimuleringsenhed i et menneske, skulle de udføre mange flere forsøg med dyr for at sikre, at teknologien er sikker. Til sidst tror de dog, at de kan bruge en hjerne-computer-enheder til at integrere computere i menneskelige hjerner.
Det åbner døren for applikationer, der forbinder enheder i hjernen med enheder andre steder i kroppen. "Vores langsigtede vision er at forbinde dette system med implanterbare sensorer i lammede lemmer for at give en komplet sensorisk oplevelse for lammede patienter," sagde Lucas.
Og denne forskning er ikke kun af interesse i forhold til at hjælpe mennesker med handicap. Det kan potentielt åbne op for et helt nyt felt af hjerne-computerenheder, såsom biorobotter, der kan udføre eftersøgnings- og redningsoperationer.
Resultaterne er offentliggjort i tidsskriftet PNAS.
Redaktørens anbefalinger
- Mennesket bruger hjernestyrede robotprotesearme til at spise en Twinkie
- Tankelæsende A.I. analyserer dine hjernebølger for at gætte, hvilken video du ser
- Facebooks 'hjerne-computer-grænseflade' kunne lade dig skrive med dit sind
- Banebrydende A.I. kan syntetisere tale baseret på en persons hjerneaktivitet
- Kinas sindkontrollerede cyborgrotter er beviset på, at vi lever i en cyberpunk-dystopi
Opgrader din livsstilDigital Trends hjælper læserne med at holde styr på den hurtige teknologiske verden med alle de seneste nyheder, sjove produktanmeldelser, indsigtsfulde redaktionelle artikler og enestående smugkig.
