Het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) van het Amerikaanse Ministerie van Defensie financiert zes organisaties in het kader van het programma Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (afgekort 'N3'), dat voor het eerst werd aangekondigd in maart 2018. Deelnemers aan het programma zijn het Battelle Memorial Institute, de Carnegie Mellon University, het Applied Physics Laboratory van de Johns Hopkins University, het Palo Alto Research Center (PARC), de Rice University en Teledyne Scientific, die elk hun eigen teams van wetenschappers en onderzoekers hebben voor de ontwikkeling van bidirectionele brain-computer interfaces. DARPA verwacht dat deze technologieën in de toekomst militairen in staat zullen stellen om actief cyberbescherming en zwermen van onbemande luchtvaartuigen rechtstreeks te beheren, evenals hen in staat te stellen samen te werken met computersystemen bij het uitvoeren van complexe multitaskingmissies.
«DARPA bereidt zich voor op een toekomst waarin de combinatie van onbemande systemen, kunstmatige intelligentie en cyberoperaties kan leiden tot situaties die een besluitvorming vereisen die te snel is om effectief aan te pakken zonder de hulp van moderne technologieën,» zei Dr. Al Emondi, programmanager van N3. «Door een toegankelijk brain-machine interface te creëren dat geen chirurgische ingreep vereist om te gebruiken, kan DARPA het leger een hulpmiddel bieden waarmee missieleiders betekenisvol kunnen deelnemen aan dynamische operaties die op supersnelle snelheid plaatsvinden.»
In de afgelopen 18 jaar heeft DARPA steeds geavanceerdere neurotechnologieën gedemonstreerd, die afhankelijk zijn van chirurgisch geïmplanteerde elektroden om te communiceren met het centrale of perifeer zenuwstelsel. Bijvoorbeeld, het agentschap heeft technologieën gedemonstreerd zoals mentale controle van geprothesede ledematen en het herstellen van het gevoel van tast voor hun gebruikers, technologieën voor het verlichten van moeilijk te behandelen psycho-neurologische aandoeningen zoals depressie, en methoden voor het verbeteren en herstellen van geheugen. Vanwege de inherente risico's van chirurgische ingrepen in de hersenen zijn deze technologieën tot nu toe beperkt gebruikt voor vrijwilligers met een klinische noodzaak.
Om de militaire macht te laten profiteren van neurotechnologieën zijn niet-chirurgische toepassingen noodzakelijk, aangezien het nu duidelijk is dat massale chirurgische ingrepen onder militaire commandanten geen goed idee lijken. Militaire technologieën kunnen ook veel voordeel bieden aan gewone mensen. Door de noodzaak van een operatie weg te nemen, breiden de N3-projecten de groep potentiële patiënten uit die toegang zouden kunnen krijgen tot behandelingen zoals diepe hersenstimulatie voor neurologische aandoeningen.
De deelnemers aan het N3-programma gebruiken verschillende benaderingen in hun onderzoek om informatie uit de hersenen te verkrijgen en deze terug te zenden. Sommige projecten maken gebruik van optica, andere van akoestiek en elektromagnetisme. Sommige teams ontwikkelen volledig niet-invasieve interfacingmethoden die zich volledig buiten het menselijk lichaam bevinden, terwijl andere teams licht invasieve technologieën onderzoeken met behulp van nanotransductoren, die tijdelijk niet-chirurgisch in de hersenen kunnen worden bezorgd om de resolutie en nauwkeurigheid van het signaal te verbeteren.
- Het team van het Battelle Instituut, onder leiding van Dr. Gaurav Sharma, streeft ernaar een minimaal invasief systeem te ontwikkelen dat een externe zender en elektromagnetische nanotransductoren omvat, die niet-chirurgisch naar de betrokken neuronen worden geleverd. De nanotransductoren zullen elektrische signalen van neuronen omzetten in magnetische signalen die door de externe transceiver kunnen worden vastgelegd en verwerkt, en vice versa, om bidirectionele communicatie te waarborgen.
- Onderzoekers van de Carnegie Mellon Universiteit, geleid door Dr. Pulkit Grover, streven naar de ontwikkeling van een volledig niet-invasief apparaat dat een acousto-optische benadering gebruikt om signalen uit de hersenen te verkrijgen en elektrische velden om deze naar specifieke neuronen terug te sturen. Het team zal ultrasone golven gebruiken om licht diep in de hersenen te sturen voor de detectie van neuronale activiteit. Om informatie in de hersenen te verzenden, zijn de wetenschappers van plan om de niet-lineaire respons van neuronen op elektrische velden te gebruiken om lokale stimulatie van de doelcellen te waarborgen.
- Het team van het Laboratorium voor Toegepaste Fysica van de Johns Hopkins Universiteit, onder leiding van Dr. David Blodgett, ontwikkelt een niet-invasief, coherent optisch systeem voor het lezen van informatie uit de hersenen. Het systeem zal veranderingen in de lengte van het optische signaal in zenuwweefsel meten, die direct correlateren met neuronale activiteit.
- Het PARC-team, geleid door Dr. Krishnan Thyagarajan, streeft ernaar een niet-invasief acousto-magnetisch apparaat te ontwikkelen voor informatieoverdracht naar de hersenen. Hun aanpak combineert ultrasone golven met magnetische velden om gelokaliseerde elektrische stromen te genereren voor neuromodulatie. De hybride aanpak maakt modulatie in diepere gebieden van de hersenen mogelijk.
- Het team van de Rice University onder leiding van Dr. Jacob Robinson streeft ernaar een minimaal invasieve bidirectionele neuro-interface te ontwikkelen. Voor het verzamelen van informatie uit de hersenen zal diffuse optische tomografie worden gebruikt om neuronale activiteit te bepalen door de verstrooiing van licht in zenuwweefsel te meten, terwijl het team van plan is een magnetisch-genetische benadering toe te passen voor het verzenden van signalen naar de hersenen, zodat neuronen gevoelig worden voor magnetische velden.
- Het Teledyne-team onder leiding van Dr. Patrick Connolly streeft ernaar een volledig niet-invasief geïntegreerd apparaat te ontwikkelen dat optisch gepompt magnetometers gebruikt om kleine gelokaliseerde magnetische velden te detecteren die correleren met neuronale activiteit, en voor het verzenden van informatie zal gefocuste ultrasoon worden gebruikt.
Gedurende het programma zullen onderzoekers vertrouwen op informatie van onafhankelijke experts op het gebied van juridische en ethische vragen, die hebben ingestemd om deel te nemen aan N3 en de potentiële mogelijkheden van de nieuwe technologieën voor militair en civiel gebruik te bestuderen. Ook zullen federale regelgevende instanties samenwerken met DARPA om wetenschappers beter te helpen begrijpen wanneer en onder welke voorwaarden hun apparaten op mensen kunnen worden getest.
"Als het N3-programma succesvol is, zullen we draagbare systemen voor neuronale interfaces hebben die verbinding kunnen maken met de hersenen op een afstand van slechts enkele millimeters, waardoor neurotechnologie verder gaat dan de kliniek en toegankelijker wordt voor praktisch gebruik voor nationale veiligheid," zegt Emondi. "Net zoals soldaten beschermende en tactische uitrusting dragen, zullen ze in de toekomst een headset met een neuronale interface kunnen dragen en de technologie voor hun benodigde doelen gebruiken, om het apparaat daarna eenvoudig terzijde te leggen na afloop van de missie."
Bron: 3dnews.ru
