DARPA finanziert sechs Projekte zur Entwicklung von Mensch-Computer-Schnittstellen

Die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) des US-Verteidigungsministeriums wird sechs Organisationen im Rahmen des Programms Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (abgekürzt „N3“, auf Deutsch „Nächstes Generation von nicht-chirurgischer Neurotechnologie“) finanzieren, das erstmals im März 2018 angekündigt wurde. An dem Programm werden das Battelle Memorial Institute, die Carnegie Mellon University, das Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, das Palo Alto Research Center (PARC), die Rice University und das Unternehmen Teledyne Scientific teilnehmen, die jeweils eigene Teams von Wissenschaftlern und Forschern für die Entwicklung bidirektionaler Gehirn-Computer-Schnittstellen haben. DARPA hofft, dass diese Technologien in Zukunft qualifizierten Militärangehörigen ermöglichen werden, aktiv Systeme zur Cyberabwehr und Schwärme von unbemannten Fluggeräten direkt zu steuern sowie sie für die Zusammenarbeit mit Computersystemen bei der Durchführung komplexer Multitasking-Missionen zu nutzen.

„DARPA bereitet sich auf eine Zukunft vor, in der die Kombination aus unbemannten Systemen, künstlicher Intelligenz und Cyberoperationen zu Situationen führen kann, in denen Entscheidungen so schnell getroffen werden müssen, dass eine effektive Bewältigung ohne moderne Technologien nicht möglich ist“, sagte Dr. Al Emondi, Programmmanager von N3. „Durch die Schaffung einer zugänglichen Gehirn-Maschine-Schnittstelle, die keine chirurgischen Eingriffe erfordert, wird DARPA in der Lage sein, der Armee ein Werkzeug zur Verfügung zu stellen, das es Einsatszentrale ermöglicht, signifikant an dynamischen Operationen teilzunehmen, die mit extrem hohen Geschwindigkeiten ablaufen.“

In den letzten 18 Jahren hat DARPA regelmäßig immer ausgefeiltere Neurotechnologien demonstriert, die chirurgisch implantierte Elektroden zur Interaktion mit dem zentralen oder peripheren Nervensystem nutzen. Zum Beispiel hat die Agentur Technologien wie die gedankenbasierte Steuerung von prothetischen Gliedmaßen und die Wiederherstellung des Tastsinns für ihre Nutzer demonstriert, sowie Verfahren zur Linderung von schwer behandelbaren psychoneurologischen Erkrankungen wie Depressionen und Methoden zur Verbesserung und Wiederherstellung des Gedächtnisses. Aufgrund der inhärenten Risiken bei chirurgischen Eingriffen im Gehirn wurden diese Technologien bisher nur begrenzt bei Freiwilligen mit klinischem Bedarf eingesetzt.

Damit das Militär von Neurotechnologien profitieren kann, sind nicht-invasive Anwendungen erforderlich, da es offensichtlich ist, dass massenhafte chirurgische Eingriffe im Militärkommando derzeit keine besonders gute Idee sind. Militärtechnologien können auch einfachen Menschen erhebliche Vorteile bringen. Indem chirurgische Eingriffe vermieden werden, erweitern die N3-Projekte den Kreis potenzieller Patienten, die Zugang zu Behandlungsmethoden wie der tiefen Hirnstimulation zur Behandlung neurologischer Erkrankungen erhalten könnten.

Die Teilnehmer des N3-Programms verwenden verschiedene Ansätze in ihren Forschungen, um Informationen aus dem Gehirn zu gewinnen und diese zurückzugeben. In einigen Projekten wird Optik eingesetzt, in anderen Akustik und Elektromagnetismus. Einige Teams entwickeln vollständig nicht-invasive Schnittstellen, die komplett außerhalb des menschlichen Körpers liegen, während andere Teams leicht invasive Technologien mit Nanotransduktoren erforschen, die vorübergehend nicht chirurgisch ins Gehirn eingebracht werden können, um die Auflösung und Präzision des Signals zu verbessern.

• Das Team des Battelle-Instituts unter der Leitung von Dr. Gaurav Sharma strebt an, ein minimal-invasives System zu entwickeln, das einen externen Sender und elektromagnetische Nanotransduktoren umfasst, die nicht-chirurgisch zu den interessierenden Neuronen geliefert werden. Die Nanotransduktoren werden elektrische Signale von Neuronen in magnetische Signale umwandeln, die von einem externen Transceiver aufgezeichnet und verarbeitet werden können, und umgekehrt, um eine bidirektionale Kommunikation zu gewährleisten.
• Forscher der Carnegie Mellon University, geleitet von Dr. Pulkit Grover, streben an, ein vollständig nicht-invasives Gerät zu entwickeln, das einen akusto-optischen Ansatz verwendet, um Signale aus dem Gehirn zu erfassen und elektrische Felder zur Rücksendung an spezifische Neuronen zu nutzen. Das Team wird Ultraschallwellen verwenden, um Licht in das Gehirn zu leiten, um neuronale Aktivität zu entdecken. Um Informationen ins Gehirn zu übertragen, planen die Wissenschaftler, die nichtlineare Reaktion von Neuronen auf elektrische Felder zu nutzen, um eine lokale Stimulation der Zielzellen zu gewährleisten.
• Das Team des Labors für Angewandte Physik an der Johns-Hopkins-Universität unter der Leitung von Dr. David Blodgett entwickelt ein nicht-invasives, kohärentes optisches System zur Auslese von Informationen aus dem Gehirn. Das System wird Veränderungen der optischen Signallänge im Nervengewebe messen, die direkt mit der neuronalen Aktivität korrelieren.
• Das PARC-Team, geleitet von Dr. Krishnan Thyagarajan, strebt an, ein nicht-invasives akusto-magnetisches Gerät zur Informationsübertragung ins Gehirn zu entwickeln. Ihr Ansatz kombiniert Ultraschallwellen mit Magnetfeldern, um lokal erzeugte elektrische Ströme zur Neuromodulation zu generieren. Der hybride Ansatz ermöglicht die Modulation in tieferliegenden Bereichen des Gehirns.
• Das Team der Rice University unter der Leitung von Dr. Jacob Robinson strebt die Entwicklung eines minimalinvasiven bidirektionalen Neurointerface an. Um Informationen aus dem Gehirn zu erhalten, wird die diffuse optische Tomographie zur Bestimmung der neuronalen Aktivität eingesetzt, indem die Streuung von Licht im Nervengewebe gemessen wird. Zum Übertragen von Signalen ins Gehirn plant das Team den Einsatz eines magnetisch-genetischen Ansatzes, um Neuronen empfindlich für Magnetfelder zu machen.
• Das Team von Teledyne unter der Leitung von Dr. Patrick Connolly beabsichtigt die Entwicklung eines vollständig nicht-invasiven integrierten Geräts, das optisch gepumpte Magnetometer verwendet, um kleine lokalisierte Magnetfelder zu erkennen, die mit der neuronalen Aktivität korrelieren. Zur Übertragung von Informationen wird fokussierter Ultraschall eingesetzt.

Während des gesamten Programms werden die Forscher auf Informationen von unabhängigen Experten für rechtliche und ethische Angelegenheiten zurückgreifen, die sich bereit erklärt haben, an N3 teilzunehmen und die potenziellen Einsatzmöglichkeiten neuer Technologien durch das Militär und die Zivilbevölkerung zu prüfen. Darüber hinaus arbeiten auch die bundesstaatlichen Regulierungsbehörden mit DARPA zusammen, um den Wissenschaftlern zu helfen, besser zu verstehen, wann und unter welchen Bedingungen ihre Geräte an Menschen getestet werden können.

„Wenn das N3-Programm erfolgreich ist, werden wir tragbare Systeme von Neurointerfaces erhalten, die in der Lage sind, aus einer Entfernung von nur wenigen Millimetern eine Verbindung zum Gehirn herzustellen und Neurotechnologien über die Klinik hinaus zu bringen, um sie für praktische Anwendungen im Interesse der nationalen Sicherheit zugänglicher zu machen“, sagt Emondi. „Ähnlich wie Soldaten Schutz- und taktische Ausrüstungen tragen, werden sie in Zukunft ein Headset mit Neurointerface anlegen können, um die Technologie für ihre notwendigen Zwecke zu nutzen, und es dann einfach nach Abschluss ihrer Mission zur Seite legen.“

Quelle: 3dnews.ru