DARPA finanzierte sechs Projekte zur Entwicklung von Mensch-Computer-Schnittstellen.

Die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) des US-Verteidigungsministeriums finanziert sechs Organisationen im Rahmen des Programms Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (N3), das erstmals im März 2018 angekündigt wurde. An dem Programm teilnehmen 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 die Firma Teledyne Scientific. Diese Einrichtung verfügen über eigene Teams von Wissenschaftlern und Forschern, die an der Entwicklung bidirektionaler Gehirn-Computer-Schnittstellen arbeiten. DARPA erwartet, dass diese Technologien in der Zukunft es qualifizierten Militärs ermöglichen werden, aktiv Cyberabwehrsysteme und Schwärme von Drohnen direkt zu steuern und 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 Cyber-Operationen zu Situationen führen könnte, die eine so schnelle Entscheidungsfindung erfordern, dass sie ohne moderne Technologien nicht effektiv bewältigt werden können“, sagte Dr. Al Emondi, Programmmanager von N3. „Durch die Schaffung einer erschwinglichen Gehirn-Maschine-Schnittstelle, die ohne chirurgischen Eingriff genutzt werden kann, wird DARPA der Armee ein Werkzeug bieten, das es Einsatzleitern ermöglicht, sinnvoll an dynamischen Operationen teilzunehmen, die in ultraschnellen Geschwindigkeiten stattfinden.“

In den letzten 18 Jahren hat DARPA immer ausgeklügeltere Neurotechnologien vorgestellt, die auf chirurgisch implantierten Elektroden basierten, um mit dem zentralen oder peripheren Nervensystem zu interagieren. Beispielsweise hat die Agentur Technologien demonstriert, die es ermöglichen, Prothesen mit Gedanken zu steuern und das Tastempfinden für ihre Benutzer wiederherzustellen, sowie Technologien zur Linderung von schwer behandelbaren psychoneurologischen Erkrankungen wie Depressionen und Methoden zur Verbesserung und Wiederherstellung von Gedächtnisfunktionen. Aufgrund der wesentlichen Risiken, die mit chirurgischen Eingriffen am Gehirn verbunden sind, wurden diese Technologien bislang nur begrenzt bei Freiwilligen mit klinischem Bedarf eingesetzt.

Damit die Armee von Neurotechnologien profitieren kann, sind nicht-invasive Anwendungsmöglichkeiten erforderlich, da massive chirurgische Eingriffe im aktuellen militärischen Kontext offensichtlich keine gute Idee darstellen. Militärtechnologien können auch für die Allgemeinheit von großem Nutzen sein. Durch die Beseitigung der Notwendigkeit für chirurgische Eingriffe erweitern N3-Projekte den Kreis potenzieller Patienten, die Zugang zu Behandlungsmethoden wie der tiefen Hirnstimulation bei neurologischen Erkrankungen erhalten könnten.

Die Teilnehmer des N3-Programms verwenden verschiedene Ansätze in ihren Forschungen, um Informationen aus dem Gehirn zu gewinnen und zurückzusenden. In einigen Projekten kommen optische Methoden zum Einsatz, während in anderen akustische und elektromagnetische Techniken verwendet werden. Einige Teams entwickeln vollständig nicht-invasive Schnittstellen, die vollständig außerhalb des menschlichen Körpers platziert sind, während andere Teams leicht invasive Technologien mit Nanotransduktoren erforschen, die temporär nicht chirurgisch ins Gehirn eingebracht werden können, um die Auflösung und Genauigkeit des Signals zu verbessern.

• Das Team des Battelle-Instituts unter der Leitung von Dr. Gaurav Sharma arbeitet an einem minimal invasiven System, das einen externen Empfänger/Transmitter und elektromagnetische Nanotransduktoren umfasst, die nichtinvasiv zu den Zielneuronen gebracht werden. Die Nanotransduktoren werden elektrische Signale von den Neuronen in magnetische Signale umwandeln, die von einem externen Transceiver aufgezeichnet und verarbeitet werden können, und umgekehrt, um bidirektionale Kommunikation zu ermöglichen.
• Forscher der Carnegie Mellon Universität, angeführt von Dr. Pulkit Grover, versuchen ein vollständig nicht-invasives Gerät zu entwickeln, das einen akusto-optischen Ansatz verwendet, um Signale aus dem Gehirn zu erfassen und elektrische Felder zurück an spezifische Neuronen zu senden. Das Team wird Ultraschallwellen nutzen, um Licht in das Gehirn zu leiten, um neuronale Aktivitäten zu erkennen. Um Informationen ins Gehirn zu übertragen, planen die Wissenschaftler, die nichtlineare Reaktion der Neuronen auf elektrische Felder zu verwenden, um eine lokale Stimulation der Zielzellen zu ermöglichen.
• Das Team des Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins Universität unter der Leitung von Dr. David Blodgett entwickelt ein nicht-invasives, kohärentes optisches System zur Auslesung von Informationen aus dem Gehirn. Das System wird Veränderungen der Länge des optischen Signals im Nervengewebe messen, die direkt mit der neuronalen Aktivität korrelieren.
• Das PARC-Team unter der Leitung von Dr. Krishnan Thyagarajan arbeitet an einem nicht-invasiven akustisch-magnetischen Gerät zur Informationsübertragung ins Gehirn. Ihr Ansatz kombiniert Ultraschallwellen mit Magnetfeldern, um lokalisierte elektrische Ströme zur Neuromodulation zu erzeugen. Dieser hybride Ansatz ermöglicht die Modulation in tieferen Bereichen des Gehirns.
• Das Team der Rice University unter der Leitung von Dr. Jacob Robinson entwickelt ein minimal-invasives bidirektionales Neurointerface. Zur Erfassung von Informationen aus dem Gehirn wird die diffuse optische Tomographie eingesetzt, um neuronale Aktivitäten durch Messung der Lichtstreuung in Nervengewebe zu bestimmen. Für die Signalübertragung 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 arbeitet daran, ein vollständig nicht-invasives integriertes Gerät zu entwickeln, das optisch gepumpte Magnetometer verwendet, um kleine lokalisierte magnetische Felder zu erkennen, die mit neuronaler Aktivität korrelieren. Zur Informationsübertragung wird fokussierter Ultraschall eingesetzt.

Während des gesamten Programms werden die Forscher auf Informationen zurückgreifen, die von unabhängigen Experten für rechtliche und ethische Fragen bereitgestellt werden, die sich bereit erklärt haben, an N3 teilzunehmen und die potenziellen Anwendungen neuer Technologien für militärische und zivile Zwecke zu untersuchen. Darüber hinaus arbeiten auch die Bundesaufsichtsbehörden mit DARPA zusammen, um den Wissenschaftlern zu helfen, besser zu verstehen, wann und unter welchen Bedingungen ihre Geräte an Menschen getestet werden dürfen.

„Wenn das N3-Programm erfolgreich ist, werden wir tragbare Systeme neuronaler Schnittstellen haben, die in der Lage sind, aus nur wenigen Millimetern Entfernung eine Verbindung zum Gehirn herzustellen, wodurch Neurotechnologien über das Klinikum hinausgehen und für praktische Anwendungen im Bereich der nationalen Sicherheit zugänglicher werden“, erklärt Emondi. „Ähnlich wie Soldaten schützende und taktische Ausrüstung tragen, könnten sie in Zukunft ein Headset mit einer neuronalen Schnittstelle anlegen und die Technologie für ihre benötigten Zwecke nutzen, um das Gerät dann nach Abschluss der Mission einfach beiseite zu legen.“

Quelle: 3dnews.ru