Aivan kuten muinaiset kreikkalaiset fantasioivat huiman lennon, nykypäivän mielikuvitukset haaveilevat mielen ja koneiden sulamisesta lääkkeeksi ihmisten kuolleisuuden kiusalliselle ongelmalle. Voiko mieli olla yhteydessä suoraan tekoälyyn, robotteihin ja muihin mieliin aivojen ja tietokoneiden rajapinnan (BCI) tekniikoiden kautta ylittääksemme inhimilliset rajoituksemme?
Asiaan liittyvä sisältö
- Kuinka Amerikan ensimmäinen lisäyskone on kytketty "alasti lounaaseen"
Viimeisen 50 vuoden aikana yliopistolaboratorioiden tutkijat ja yritykset ympäri maailmaa ovat edistyneet vaikuttavasti tällaisen vision saavuttamisessa. Äskettäin menestyvät yrittäjät, kuten Elon Musk (Neuralink) ja Bryan Johnson (Kernel), ovat ilmoittaneet uusista startup-yrityksistä, jotka pyrkivät parantamaan ihmisen kykyjä aivojen ja tietokoneiden rajapintojen avulla.
Kuinka lähellä olemme todella onnistuneesti yhdistämään aivomme tekniikkaamme? Ja mitä seurauksia voi olla, kun mielemme on kytketty verkkoon?
Alkuperä: kuntoutus ja kunnostaminen
Eb Fetz, tutkija täällä Sensorimotor Neural Engineering (CSNE) -keskuksessa, on yksi varhaisimmista pioneereista koneiden yhdistämiseksi mieliin. Vuonna 1969, ennen kuin henkilökohtaisia tietokoneita ei ollut, hän osoitti, että apinat voivat vahvistaa aivosignaaliaan ohjataksesi neulaa, joka liikkui valitsimella.
Suuren osan BCI: tä koskevasta äskettäisestä työstä on tarkoitus parantaa halvaantuneiden tai vakavien motoristen vammaisten ihmisten elämänlaatua. Olet ehkä nähnyt joitain viimeaikaisia saavutuksia uutisissa: Pittsburghin yliopiston tutkijat käyttävät aivojen sisälle tallennettuja signaaleja robottivarren hallitsemiseksi. Stanfordin tutkijat voivat poimia halvaantuneiden potilaiden liikkumistavoitteet aivosignaaleistaan, jolloin he voivat käyttää tablettia langattomasti.
Samoin jotkut rajoitetut virtuaaliset tuntemukset voidaan lähettää takaisin aivoihin toimittamalla sähkövirta aivojen sisäpuolelle tai aivojen pintaan.
Entä tärkeimmät näkö- ja ääni-aistimme? Bionisten silmien erittäin varhaiset versiot, joilla on vaikea näkövamma, on otettu käyttöön kaupallisesti, ja parannetut versiot ovat parhaillaan tekeillä ihmisillä. Cochlear-implantaateista puolestaan on tullut yksi menestyneimmistä ja yleisimmistä bionisista implantaateista - yli 300 000 käyttäjää ympäri maailmaa käyttää implantteja kuullakseen.
Kaksisuuntainen aivojen ja tietokoneiden välinen liitäntä (BBCI) voi sekä tallentaa aivojen signaaleja että lähettää tietoja stimulaation kautta takaisin aivoihin. (Sensorimotorneuraalitekniikan keskus (CSNE), CC BY-ND) Kehittyneimmät BCI: t ovat ”kaksisuuntaisia” BCI: itä (BBCI), jotka voivat sekä tallentaa hermostoa että stimuloida sitä. Keskuksessamme tutkimme BBCI: itä radikaalina uudenaikaisena kuntoutusvälineenä aivohalvauksen ja selkäytimen vaurioiden varalta. Olemme osoittaneet, että BBCI: tä voidaan käyttää kahden aivoalueen tai aivojen ja selkäytimen välisten yhteyksien lujittamiseen ja tiedon uudelleenohjaamiseen vaurioalueen ympärille halvaantuneen raajan elvyttämiseksi.
Kaikkien näiden mennessä saavutettujen menestysten perusteella saatat ajatella, että aivojen ja tietokoneiden välinen käyttöliittymä on valmis olemaan seuraava pakollinen asiakasohjelma.
Silti alkuaikoina
Aivojen pinnan sähkömuutosten havaitsemiseksi käytettävää sähkökortikografiaruudukkoa testataan sähköominaisuuksien suhteen. (Sensorimotorneuraalitekniikan keskus, CC BY-ND) Mutta tarkka katsaus joihinkin nykyisiin BCI-mielenosoituksiin paljastaa, että meillä on vielä tie edetä: Kun BCI: t tuottavat liikkeitä, ne ovat paljon hitaampia, vähemmän tarkkoja ja vähemmän monimutkaisia kuin mitä työkykyiset ihmiset tekevät helposti päivittäin raajoillaan. Bioniset silmät tarjoavat erittäin matalan resoluution näkymän; sisäkorvaistuttajat voivat siirtää elektronisesti rajoitettua puhetietoa, mutta vääristää musiikin kokemusta. Ja jotta kaikki nämä tekniikat toimisivat, elektrodit on implantoitava kirurgisesti - näkymä, jota useimmat ihmiset nykyään eivät harkitse.
Kaikki BCI: t eivät kuitenkaan ole invasiivisia. Ei-invasiivisia BCI: itä, jotka eivät vaadi leikkausta, on olemassa; ne perustuvat tyypillisesti päänahan sähköisiin (EEG) tallenteisiin ja niitä on käytetty osoittamaan kohdistimien, pyörätuolien, robottivarusteiden, droonien, humanoidrobotien ja jopa aivojen välinen viestintä.
Mutta kaikki nämä demot ovat olleet laboratoriossa - missä huoneet ovat hiljaisia, koehenkilöt eivät ole häiritseviä, tekninen asennus on pitkä ja menetelmällinen, ja kokeet kestävät vain tarpeeksi kauan osoittaakseen, että konsepti on mahdollista. On osoittautunut erittäin vaikeaksi tehdä näistä järjestelmistä riittävän nopeita ja kestäviä, jotta niistä olisi käytännöllistä hyötyä todellisessa maailmassa.
Jopa implantoitujen elektrodien kanssa, toinen ongelma mielen lukemisen yrittämisessä syntyy siitä, kuinka aivomme ovat rakenteeltaan. Tiedämme, että jokainen neuroni ja heidän tuhansia kytkettyjä naapureitaan muodostavat kuvittelemattoman suuren ja jatkuvasti muuttuvan verkon. Mitä tämä voi tarkoittaa neuro-suunnittelijoille?
Kuvittele, että yrität ymmärtää suuren ystäväryhmän keskustelua monimutkaisesta aiheesta, mutta sinulla on mahdollisuus kuunnella vain yhtä henkilöä. Saatat pystyä selvittämään hyvin karkean keskustelun aiheen, mutta ei ehdottomasti kaikkia keskustelun yksityiskohtia ja vivahteita. Koska jopa parhaimpien implanttiemme avulla voimme kuunnella vain muutamia pieniä aivojen laikkuja kerrallaan, voimme tehdä vaikuttavia asioita, mutta emme ymmärrä koko keskustelua.
On myös sitä, mitä ajattelemme kieli esteeksi. Neuronit kommunikoivat keskenään sähköisten signaalien ja kemiallisten reaktioiden monimutkaisen vuorovaikutuksen kautta. Tätä luonnollista sähkökemiallista kieltä voidaan tulkita sähköisillä piireillä, mutta se ei ole helppoa. Samoin, kun puhumme takaisin aivoihin käyttämällä sähköistä stimulaatiota, se tapahtuu raskaalla sähköisellä "aksentilla". Tämän vuoksi neuronien on vaikea ymmärtää, mitä stimulaatio yrittää välittää kaiken muun käynnissä olevan hermostotoiminnan keskellä.
Viimeiseksi on vaurioiden ongelma. Aivokudos on pehmeää ja joustavaa, kun taas suurin osa sähköä johtavista materiaaleistamme - johdot, jotka yhdistyvät aivokudokseen - ovat yleensä erittäin jäykkiä. Tämä tarkoittaa, että implantoitu elektroniikka aiheuttaa usein arpia ja immuunireaktioita, jotka tarkoittavat, että implantit menettävät tehokkuuden ajan myötä. Joustavat biologisesti yhteensopivat kuidut ja ryhmät voivat lopulta auttaa tässä suhteessa.
Sopeutuminen, avoliitto
Kaikista näistä haasteista huolimatta olemme optimistisia bionistisen tulevaisuutemme suhteen. BCI: n ei tarvitse olla täydellistä. Aivot ovat hämmästyttävän mukautuvia ja kykeneviä oppimaan käyttämään BCI: tä samalla tavalla kuin kuinka opimme uusia taitoja, kuten autolla ajaminen tai kosketusnäyttöliittymä. Samoin aivot voivat oppia tulkitsemaan uudentyyppisiä aistitietoja, vaikka ne toimitettaisiin ei-invasiivisesti esimerkiksi magneettimpulsseilla.
Viime kädessä uskomme, että ”mukautuva” kaksisuuntainen BCI, jossa elektroniikka oppii aivojen kanssa ja puhuu jatkuvasti aivoille oppimisprosessin aikana, voi osoittautua välttämättömäksi askeleena hermosillan rakentamisessa. Tällaisten yhteensopivien kaksisuuntaisten BCI: ien rakentaminen on keskuksemme päämäärä.
Olemme myös innoissamme viimeaikaisista menestyksistä sairauksien, kuten diabeteksen, kohdennetussa hoidossa käyttämällä "sähkölääkkeitä" - kokeellisia pieniä implantteja, jotka hoitavat tautia ilman lääkkeitä lähettämällä komentoja suoraan sisäelimiin.
Ja tutkijat ovat löytäneet uusia tapoja voittaa sähköisestä biokemialliseen kieli esteeseen. Esimerkiksi injektoitavat “hermosipit” voivat osoittautua lupaavaksi tapaksi antaa neuronien vähitellen kasvaa implantoitujen elektrodien rinnalla sen sijaan, että ne hylätään. Joustavat nanorakenteiset koettimet, taipuisat neuronirakenteet ja lasiset hiilirajapinnat voivat myös mahdollistaa, että biologiset ja teknologiset tietokoneet voivat tulevaisuudessa elää onnellisina rinnalla.
Avustavasta augmentatiiviseen
Elon Muskin uuden startup Neuralinkin päätehtävänä on parantaa ihmistä BCI: llä antamaan aivoillemme jalka ylös meneillään olevassa ihmis- ja tekoälyn välisessä asekilpailussa. Hän toivoo, että kyvyllä muodostaa yhteys tekniikoihimme ihmisen aivot parantaisivat omia kykyjään - mahdollisesti antamalla meille välttää mahdollisen dystopian tulevaisuuden, jossa AI on selvästi ylittänyt ihmisen luonnolliset kyvyt. Tällainen visio voi varmasti vaikuttaa kaukaiselta tai mielikuvitukselliselta, mutta meidän ei pidä hylätä ajatusta pelkästään omituisuudesta. Loppujen lopuksi itseohjautuvat autot siirrettiin tieteiskirjallisuuteen jopa puolitoista vuosikymmentä sitten - ja nyt jaamme tietämme.
BCI voi vaihdella useiden ulottuvuuksien mukaan: oliko se rajapinta perifeerisen hermostojärjestelmän (hermo) vai keskushermostojärjestelmän (aivot) kanssa, onko se invasiivinen vai ei-invasiivinen ja auttaako se palaamaan kadonneet toiminnot vai parantaako kykyjä. (James Wu; mukautettu Sakurambosta, CC BY-SA) Lähitulevaisuudessa, kun aivojen ja tietokoneiden väliset rajapinnat liikkuvat vammaisten toiminnan palauttamisen kautta työkykyisten yksilöiden lisäämiseen heidän inhimillisen kykynsä ulkopuolella, meidän on oltava tietoisia monista asioista, jotka liittyvät suostumukseen, yksityisyyteen, identiteettiin, toimivuuteen ja epätasa-arvoisuuteen . Keskuksessamme ryhmä filosofeja, lääkäreitä ja insinöörejä työskentelee aktiivisesti käsitelläkseen näitä eettistä, moraalista ja sosiaalista oikeudenmukaisuutta koskevia kysymyksiä ja tarjota neuroettisia ohjeita ennen kuin ala etenee liian kauas eteenpäin.
Yhdistämällä aivomme suoraan tekniikkaan, voi viime kädessä olla luonnollinen eteneminen sen suhteen, kuinka ihmiset ovat lisänneet itsensä tekniikalla vuosien varrella, pyörien käytöstä kaksisuuntaisten rajoitusten voittamiseen, merkintöjen tekemiseen savitabletteille ja paperille muistojemme lisäämiseksi. Aivan kuten nykypäivän tietokoneet, älypuhelimet ja virtuaalitodellisuuskuulokkeet, augmentatiiviset BCI: t, kun ne vihdoin saapuvat kuluttajamarkkinoille, ovat innostuneita, turhauttavia, riskialtisia ja samalla täynnä lupauksia.
Tämä artikkeli on alun perin julkaistu keskustelussa.
James Wu, tohtori Bioinsinööriopiskelija, tutkija Sensorimotor Neural Engineering Centerissä, Washingtonin yliopisto
Rajesh PN Rao, tietotekniikan ja tekniikan professori ja Sensorimotor-hermosuunnittelukeskuksen johtaja, Washingtonin yliopisto
