Inom det medicinska området, de flesta hjärna-maskin-gränssnitt forskning fokuserar på att försöka ersätta förlorad sensorisk information, som att återställa känseln hos personer med ryggmärgsskada. En nyligen genomförd studie har dock tagit ett annat tillvägagångssätt genom att använda ett hjärn-maskin-gränssnitt för att utöka befintliga sensoriska system och skapa ett "sjätte sinne" hos råttor.
"Detta utgör ett viktigt steg i riktning mot "Cyber-Physical" system, som smälter samman datorer med de levande hjärnan, säger seniorförfattaren Dr. Tim Lucas, biträdande professor i neurokirurgi vid University of Pennsylvania, till Digital Trender. Han sa att tekniken skulle kunna utvecklas i framtiden för att återställa sensoriska upplevelser för människor som lider av förlamning.
Rekommenderade videor
Hjärn-dator-gränssnitt kan användas för att styra allt från drönare till bioniska armar, och de har blivit ett hett ämne inom framväxande teknik. Elon Musk arbetar på Neuralink-projekt
att använda cybernetiska implantat för att tillåta människor att samverka med prylar eller programvara, och Facebook arbetar på egen hand hjärnläsande datorsystem. Dessa projekt är dock långt ifrån att skapa användbara prototyper. Innan människor kan interagera neuralt med datorer måste forskare hitta ett sätt att integrera inkommande information från en dator i hjärnan.Relaterad
- Hjärnläsande hörlurar är här för att ge dig telekinetisk kontroll
- Forskare utvecklar ett flexibelt gränssnitt mellan hjärna och maskin för att styra rullstolar
- 6 frågor vi har om Elon Musks Neuralink-hjärngränssnittsteknologi
Den nya studien från Penn Medicine gör just det, genom att implantera små elektroder i hjärnan på råttor och mata dem med information i form av sensorisk feedback. Forskarna började med att kirurgiskt implantera elektroderna i råttornas hjärnor. Sedan satte de djuren i en vattenlabyrint som var svartmålad inuti, med en plattform gömd under vattnet som de behövde nå för att fly.
Råttorna kunde inte se plattformen, så de fick ingen visuell information om hur de skulle navigera i labyrinten. Men de hade information från gränssnittet. Elektroderna stimulerade deras hjärnor att informera råttorna var plattformen var belägen i förhållande till deras nuvarande position, och råttorna kunde använda denna information för att nå plattformen även i mörker.
Forskarna använde en teknik som kallas intrakortikal mikrostimulering, som är mycket mer exakt än andra typer av hjärnstimulering (som t.ex. transkutan likströmsstimulering). Dessa andra metoder aktiverar tusentals eller miljoner neuroner och andra neurala element, medan intrakortikal mikrostimulering endast aktiverar ett tiotal element. Detta innebär att stimuleringen som appliceras på hjärnan kan riktas exakt, vilket ger forskare möjligheten att skapa en enda, diskret perception istället för att aktivera ett helt hjärnområde.
Med denna mer exakta stimulering kunde forskarna rikta in sig på mycket specifika hjärnområden för att förmedla information. Det finns dock en utmaning. Det räcker inte att bara stimulera ett hjärnområde och anta att djuret kommer att kunna förstå den informationen. Ett av de genombrott teamet gjorde var att visa att "råttroboten" kunde assimilera informationen, bearbeta de externt producerade signalerna lika framgångsrikt som om den använde sina naturligt födda känner.
Det har gjorts tidigare försök att skapa ett "sjätte sinne" för anvisningar med hjälp av externa verktyg som ett vibrerande bälte som kan hjälpa synskadade navigera runt i sin miljö. Det finns dock begränsningar för vem som kan använda dessa externa verktyg - de kan till exempel inte användas av personer med förlamning, som inte kan uppleva sensorisk feedback.
"En eventuell tillämpning av denna hjärndatorenhet är att återställa känslan hos individer som har lidit av ryggmärgsskada," sa Lucas. "En patient som Christopher Reeve kan varken lyfta fingret eller känna att en nål sticker in i hans finger. Christopher Reeve skulle inte ha någon nytta av ett vibrerande bälte."
Innan forskarna kunde överväga att implantera en hjärnstimuleringsanordning i en människa, skulle de behöva genomföra många fler försök på djur för att säkerställa att tekniken är säker. Så småningom tror de dock att de kan använda en hjärndator för att integrera datorer i mänskliga hjärnor.
Det öppnar dörren för applikationer som kopplar enheter i hjärnan till enheter på andra ställen i kroppen. "Vår långsiktiga vision är att koppla detta system med implanterbara sensorer i förlamade lemmar för att ge en komplett sensorisk upplevelse för förlamade patienter," sa Lucas.
Och den här forskningen är inte bara av intresse när det gäller att hjälpa människor med funktionshinder. Det kan potentiellt öppna upp ett helt nytt område av hjärndatorenheter, som biorobotar som kan utföra sök- och räddningsoperationer.
Resultaten publiceras i tidskriften PNAS.
Redaktörens rekommendationer
- Man använder hjärnkontrollerade robotarmar för att äta en Twinkie
- Tankeläsande A.I. analyserar dina hjärnvågor för att gissa vilken video du tittar på
- Facebooks "hjärn-dator-gränssnitt" kan låta dig skriva med ditt sinne
- Banbrytande A.I. kan syntetisera tal baserat på en persons hjärnaktivitet
- Kinas sinneskontrollerade cyborgråttor är ett bevis på att vi lever i en cyberpunkdystopi
Uppgradera din livsstilDigitala trender hjälper läsare att hålla koll på den snabba teknikvärlden med alla de senaste nyheterna, roliga produktrecensioner, insiktsfulla redaktioner och unika smygtittar.
