Az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának Fejlett Kutatási Projektek Ügynöksége (angolul Defense Advanced Research Projects Agency — DARPA) hat szervezetet finanszíroz a Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (rövidítve „N3” és magyarul „Következő generációs nem sebészeti neurotechnológia”) program keretében, amelyet először 2018 márciusában hirdettek meg. A programban részt vesz a Battelle Memorial Institute, a Carnegie Mellon Egyetem, a John Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriuma, a Palo Alto Kutatóközpont (PARC), a Rice Egyetem és a Teledyne Scientific, amelyek saját tudósokból és kutatókból álló csapatokkal rendelkeznek a kétirányú agy-számítógép interfészek fejlesztésében. A DARPA azt várja, hogy ezek a technológiák a jövőben lehetővé teszik a képzett katonák számára, hogy közvetlenül irányítsák a hatékony kiberbiztonsági rendszereket és a drónrajokat, valamint használni tudják azokat számítógépes rendszerekkel való együttműködésre összetett, többfeladatos küldetések végrehajtása során.
„A DARPA felkészül a jövőre, amelyben a pilóta nélküli rendszerek, a mesterséges intelligencia és a kiberműveletek kombinációja olyan helyzetekhez vezethet, amelyek túl gyors döntéshozatalt igényelnek ahhoz, hogy hatékonyan kezeljük őket a modern technológiák segítsége nélkül” — mondta Dr. Al Emondi, az N3 program menedzsere. „Ha létrehozzuk a sebészeti beavatkozást nem igénylő, hozzáférhető agy-gép interfészt, a DARPA egy olyan eszközt tud nyújtani a hadsereg számára, amely lehetővé teszi a parancsnokok számára, hogy értelmesen részt vegyenek a dinamikus műveletekben, amelyek szupergyors sebességgel zajlanak.”
Az elmúlt 18 év során a DARPA egyre kifinomultabb neurotechnológiákat mutatott be, amelyek implantált sebészeti úton elhelyezett elektródákra támaszkodtak a központi vagy perifériás idegrendszerrel való kölcsönhatás érdekében. Például az ügynökség bemutatta az ilyen technológiákat, mint a gondolatvezérlésű protézisek és a tapintási érzés helyreállítása a felhasználók számára, valamint egy technológiát, amely segít a nehezen kezelhető pszichoneurológiai betegségek, például a depresszió kezelésében, továbbá egy módszert a memória javítására és helyreállítására. A műtéti beavatkozás kockázatai miatt ezek a technológiák eddig még mindig csak korlátozottan alkalmaztak klinikai szükséglettel rendelkező önkéntesek számára.
Ahhoz, hogy a hadsereg ki tudja aknázni a neurotechnológiák előnyeit, nem sebészeti alkalmazási lehetőségekre van szükség, mivel nyilvánvaló, hogy jelenleg a tömeges sebészeti beavatkozások a katonai parancsnokság körében nem tűnnek túl jó ötletnek. A katonai technológiák ugyanakkor nagy hasznot hozhatnak az egyszerű emberek számára is. Azáltal, hogy eltüntetik a sebészeti beavatkozás szükségességét, az N3 projektek szélesítik a potenciális betegek körét, akik hozzáférhetnek az olyan kezelési módszerekhez, mint a mély agystimuláció neurológiai betegségek kezelésére.
Az N3 program résztvevői különböző megközelítéseket használnak a kutatásaik során az agyból való információk kinyerésére és ezek visszajuttatására. Egyes projektek optikát, míg mások akusztikát és elektromágnesességet alkalmaznak. Egyes csapatok teljesen nem invazív interfészeket fejlesztenek, amelyek teljesen a test kívül helyezkednek el, míg más csapatok enyhén invazív technológiákat kutatnak nanotranszduktorok használatával, amelyek ideiglenesen sebészet nélkül juttathatók az agyba a jel felbontásának és pontosságának javítása érdekében.
- A Battelle Institute team led by Dr. Gaurav Sharma aims to develop a minimally invasive system that includes an external transceiver and electromagnetic nanotransducers that non-surgically deliver to targeted neurons. The nanotransducers will convert electrical signals from neurons into magnetic signals that can be recorded and processed by the external transceiver, and vice versa, to ensure bidirectional communication.
- Researchers from Carnegie Mellon University, led by Dr. Pulkit Grover, aim to develop a completely non-invasive device that uses an acousto-optical approach to capture signals from the brain and electric fields to send them back to specific neurons. The team will utilize ultrasound waves to direct light into the brain to detect neural activity. To transmit information to the brain, scientists plan to exploit the nonlinear response of neurons to electric fields to ensure local stimulation of target cells.
- A team from the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, led by Dr. David Blodgett, is developing a non-invasive, coherent optical system for reading information from the brain. The system will measure changes in the length of the optical signal in neural tissue, which are directly correlated with neural activity.
- The PARC team, led by Dr. Krishnan Thyagarajan, seeks to develop a non-invasive acoustic-magnetic device for transmitting information to the brain. Their approach combines ultrasound waves with magnetic fields to generate localized electrical currents for neuromodulation. This hybrid approach allows for modulation in deeper areas of the brain.
- A Rice University team led by Dr. Jacob Robinson aims to develop a minimally invasive bidirectional neurointerface. Diffuse optical tomography will be used to gather information from the brain by measuring light scattering in nervous tissue, while the team plans to use a magnetogenetic approach to make neurons sensitive to magnetic fields for transmitting signals into the brain.
- The Teledyne team, headed by Dr. Patrick Connolly, is working to create a fully non-invasive integrated device that uses optically pumped magnetometers to detect small localized magnetic fields correlating with neural activity, while information will be transmitted using focused ultrasound.
Throughout the program, researchers will rely on information provided by independent legal and ethical experts who have agreed to participate in N3 and explore potential applications of new technologies for military and civilian use. Furthermore, federal regulatory bodies are collaborating with DARPA to help scientists better understand when and under what conditions their devices can be tested on humans.
If the N3 program is successful, we will have wearable neural interface systems that can connect to the brain from just a few millimeters away, taking neurotechnology beyond the clinic and making it more accessible for practical use in national security, says Emondi. Similar to how military personnel wear protective and tactical gear, in the future they will be able to don a neural interface headset and use the technology for their necessary objectives, and then simply set the device aside after the mission is complete.
Forrás: 3dnews.ru
