Управління перспективних дослідницьких проектів Міністерства оборони США (англ. Defense Advanced Research Projects Agency — DARPA) профінансує шість організацій у рамках програми Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (скорочено «N3» і в перекладі «Наступне покоління нехірургічної нейротехнології»2018), вперше року. У програмі братимуть участь Меморіальний інститут Баттелла, Університет Карнегі - Меллона, Лабораторія прикладної фізики Університету Джона Хопкінса, Дослідницький центр Пало-Альто (PARC), Університет Райса і компанія Teledyne Scientific, які мають власні команди вчених і дослідників. DARPA розраховує, що ці технології у майбутньому дозволять кваліфікованим військовим безпосередньо керувати активними системами кіберзахисту та роями безпілотних літальних апаратів, а також використовувати їх для спільної роботи з комп'ютерними системами при виконанні складних багатозадачних місій.
«DARPA готується до майбутнього, в якому поєднання безпілотних систем, штучного інтелекту та кібероперацій може призводити до ситуацій, які потребують занадто швидкої швидкості прийняття рішень, щоб ефективно справлятися з ними без допомоги сучасних технологій», - сказав доктор Аль Еммонді (Dr. Al Emondi), менеджер програми N3. «Створивши доступний інтерфейс мозок-машина, який не вимагатиме хірургічного втручання, щоб його використати, DARPA зможе надати армії інструмент, який дозволяє командирам місій осмислено брати участь у динамічних операціях, які відбуваються на надшвидких швидкостях».
За останні 18 років DARPA регулярно демонструвала дедалі витонченіші нейротехнології, які при цьому покладалися на імплантовані хірургічним шляхом електроди для взаємодії з центральною або периферичною нервовою системою. Наприклад, Агентство продемонструвало такі технології, як уявний контроль протезованих кінцівок і відновлення почуття дотику для їх користувачів, технологію для полегшення психоневрологічних захворювань, таких як депресія, а також метод для поліпшення і відновлення пам'яті. Через невід'ємні ризики при хірургічному втручанні в головний мозок ці технології досі використовувалися обмежено для добровольців з клінічною потребою в них.
Для того, щоб армія могла отримати вигоду з нейротехнологій, необхідні нехірургічні варіанти їх застосування, оскільки очевидно, що на даний момент масові хірургічні втручання серед військового командування виглядають не дуже гарною ідеєю. Військові технології також зможуть принести велику користь простим людям. Усуваючи необхідність у хірургічній операції, проекти N3 розширюють коло потенційних пацієнтів, які б отримати доступ до таких методів лікування, як глибока стимуляція мозку на лікування неврологічних захворювань.
Учасники програми N3 використовують різні підходи у своїх дослідженнях для отримання інформації з мозку та передачі її назад. У деяких проектах використовуються оптика, в інших акустика та електромагнетизм. Частина команд розробляють повністю неінвазивні інтерфейси, які знаходяться повністю поза тілом людини, інші команди досліджують трохи інвазивні технології із застосуванням нанотрансдукторів, які можуть бути тимчасово нехірургічним шляхом доставлені в мозок для поліпшення роздільної здатності та точності сигналу.
- Команда з інституту Баттелла під керівництвом доктора Гаурава Шарми (Dr. Gaurav Sharma) прагне розробити мінімально інвазивну систему, яка включає зовнішній приймач і електромагнітні нанотрансдуктори, які нехиругічно доставляються до нейронів, що цікавлять. Нанотрансдуктори будуть перетворювати електричні сигнали від нейронів на магнітні сигнали, які можуть бути записані та оброблені зовнішнім трансівером, і навпаки, щоб забезпечити двонаправлений зв'язок.
- Дослідники з Університету Карнегі — Меллона, очолювані доктором Пулкітом Гровером (Dr. Pulkit Grover), прагнуть розробити повністю неінвазивний пристрій, який використовує акустооптичний підхід для отримання сигналів з мозку та електричні поля для їхнього відправлення назад у конкретні нейрони. Команда використовуватиме ультразвукові хвилі, щоб спрямовувати світло всередину мозку для виявлення нейронної активності. Для передачі в мозок вчені планують використовувати нелінійну відповідь нейронів на електричні поля, щоб забезпечити локальну стимуляцію цільових клітин.
- Колектив Лабораторії прикладної фізики Університету Джона Хопкінса під керівництвом доктора Девіда Блоджетта (Dr. David Blodgett) розробляє неінвазивну когерентну оптичну систему для зчитування інформації з мозку. Система вимірюватиме зміни довжини оптичного сигналу в нервовій тканині, яка прямо корелюють з нейронною активністю.
- Команда PARC, керована доктором Крішнаном Тьягараджаном (Dr. Krishnan Thyagarajan), прагне розробити неінвазивний акустико-магнітний пристрій передачі інформації в мозок. Їхній підхід поєднує ультразвукові хвилі з магнітними полями, щоб генерувати локалізовані електричні струми для нейромодуляції. Гібридний підхід дає можливість для модуляції у глибших областях мозку.
- Команда з Університету Райса під керівництвом доктора Джейкоба Робінсона (Dr. Jacob Robinson) прагне розробити мінімально інвазивний двонаправлений нейроінтерфейс. Для отримання інформації з мозку буде використовуватися дифузна оптична томографія для визначення нейронної активності шляхом вимірювання розсіювання світла в нервовій тканині, а для передачі сигналів у мозок команда планує застосовувати магнітно-генетичний підхід, щоб зробити нейрони чутливими до магнітних полів.
- Команда Teledyne на чолі з доктором Патріком Конноллі (Dr. Patrick Connolly) прагне розробити повністю неінвазивний інтегрований пристрій, який використовує магнітометри з оптичним накачуванням, для виявлення невеликих локалізованих магнітних полів, які корелюють з нейронною активністю, а для передачі інформації буде використовувати сфокусований.
Протягом усієї програми дослідники спиратимуться на інформацію, надану незалежними експертами з правових та етичних питань, які погодилися взяти участь у N3 та вивчити потенційні можливості для застосування нових технологій військовими та цивільним населенням. Крім того, федеральні регулюючі органи також співпрацюють з DARPA, щоб допомогти вченим краще зрозуміти, коли і за яких умов їх прилади можна буде відчувати на людях.
"Якщо програма N3 буде успішною, ми отримаємо системи нейронних інтерфейсів, які носять, які зможуть встановлювати з'єднання з мозком з відстані всього в кілька міліметрів, переносячи нейротехнології за межі клініки і роблячи їх доступнішими для практичного використання з метою національної безпеки", - розповідає Емонді. «Подібно до того, як військовослужбовці одягають захисне та тактичне спорядження, у майбутньому вони зможуть одягнути гарнітуру з нейронним інтерфейсом і використовувати технологію для необхідних їм цілей, а потім просто відкласти прилад у бік після завершення місії».
Джерело: 3dnews.ru