In diesem Jahr entstand eine unglaubliche Mischung aus Gehirnimplantaten, die die Gehirnaktivität aufzeichnen, entschlüsseln und verändern können.

Es klingt wie ein Déjà-vu – Gehirn-Maschine-Schnittstellen lebten auch in meinem Kopf mietfrei Zusammenfassung vom letzten Jahr, aber aus gutem Grund. Neurowissenschaftler bauen immer ausgefeiltere und flexiblere elektronische Chips, die maschinelle Intelligenz in rekordverdächtiger Geschwindigkeit nahtlos in unser Gehirn und Rückenmark integrieren. Was früher Science-Fiction war – zum Beispiel, gelähmten Menschen dabei zu helfen, wieder laufen, schwimmen oder Kajak fahren zu können – ist jetzt Realität.

In diesem Jahr haben Gehirnimplantate das Leben der Menschen weiter verändert. Die gar nicht so geheime Soße? KI.

Ein Implantat im Rückenmark eines Patienten mit Parkinson-Krankheit – die langsam eine Art Gehirnzelle für die Planung von Bewegungen zerstört – übersetzte seine Absicht, sich zu bewegen. Nach Jahrzehnten konnte der Mann wieder problemlos eine Strandstraße entlang schlendern. Die Studie ebnet den Weg für die Wiederherstellung der Bewegung bei anderen Hirnerkrankungen – wie z Lou Gehrig-Krankheit, bei der sich die neuronalen Verbindungen zu den Muskeln langsam auflösen, oder bei Menschen mit Hirnschäden durch einen Schlaganfall.

Noch ein Versuch nutzte elektrische Stimulation, um das Kurzzeitgedächtnis bei Menschen mit traumatischen Hirnverletzungen zu stärken. Die sorgfältig getimten Zaps steigerten die Aufmerksamkeit noch Jahrzehnte nach der Verletzung und ermöglichten es den Teilnehmern, mehrere Alltagsaufgaben zu bewältigen und Hobbys wie Lesen nachzugehen.

Gehirnimplantate erfreuten sich auch als Diagnoseinstrumente großer Beliebtheit. Eine Studie verwendeten Implantate, um mit Depressionen verbundene Gehirnwellenmuster zu entschlüsseln und möglicherweise einen Rückfall vorherzusagen. Die Studie entschlüsselte, wie sich die Gehirnsignale zwischen einem gesunden und einem depressiven Gehirn unterscheiden, was zu besseren Algorithmen führen könnte, um die Gehirnaktivität von einer Depression abzulenken.

Aber der vielleicht größte Fortschritt war die Dekodierung von Sprache – Technologien, die Gedanken in Wörter und Sätze übersetzen. Diese Technologien unterstützen Menschen, die nicht mehr sprechen können, und bieten ihnen eine alternative Möglichkeit, mit ihren Lieben zu kommunizieren.

Hier sind die Highlights 2023 einer neuen Generation von „Gehirnlesen„Implantate.

Gedanken zum Text

Wir sprechen mit einer Geschwindigkeit von etwa 150 Wörtern pro Minute. Die Messlatte für Gehirnimplantate ist hoch.

Viele neurologische Erkrankungen wie Schlaganfall, Lähmungen oder das Locked-in-Syndrom rauben einer Person die Fähigkeit zu sprechen – selbst wenn ihr Geist noch kohärent ist. Anfang des Jahres, Ein Stanford-Team half einer 67-jährigen Frau, ihre Sprache mit 62 Wörtern pro Minute wiederherzustellen, mehr als dreimal so schnell wie bei früheren Implantaten. Die Frau verlor aufgrund der Lou-Gehrig-Krankheit ihre Stimme, wodurch die Fähigkeit des Gehirns, die Muskeln für Sprache, Bewegung und schließlich Atmung zu kontrollieren, langsam beeinträchtigt wird.

Die Studie nutzte eine riesige Wortbibliothek, um ihre Sprache aus zwei Quellen zu entschlüsseln: elektrische Aktivität in Brocas Bereich, dem „Sprachzentrum“ des Gehirns, und aus den Muskeln um ihren Mund. Diese Signale wurden in ein wiederkehrendes neuronales Netzwerk – eine Art Deep-Learning-Algorithmus – eingespeist, um die Grundelemente der Sprache zu unterscheiden. In nur drei Tagen gelang es dem System, die Gedanken der Frau in Rekordgeschwindigkeit zu entschlüsseln – allerdings mit Fehlern.

Ein anderes System ging noch einen Schritt weiter. Anstatt Elektroden zu verwenden, die in das Gehirn eindringen, besteht das Gerät – ECoG für Elektrokortikographie genannt – aus kleinen plattenförmigen Elektroden, die auf der Oberfläche des Gehirns platziert werden, um elektrische Signale zu erfassen. Es muss immer noch unter den Schädel implantiert werden, begrenzt aber die Schädigung des empfindlichen Gewebes des Gehirns. Jede Elektrode, etwa so groß wie der Kopf einer Reißzwecke, kann hochwertige neuronale Signale aufzeichnen.

ECoG war zuerst verwendet um die Jahrhundertwende entwickelt, um Sprach- und Bewegungssignale bei Menschen mit Epilepsie aufzuzeichnen. Es entwickelte sich bald zu einem Gerät, das dies ermöglichte eine Person Patienten mit Locked-in-Syndrom können ihre Gedanken mithilfe des Implantats zu Hause kommunizieren.

Neu ist die Einführung von KI. Einige Algorithmen entschlüsselten die Gehirnaktivität von Stimmbewegungen – zum Beispiel die Position der Zunge und die Form des Mundes –, während große Sprachmodelle, wie die, die ChatGPT antreiben, Sätze aus den Daten konstruierten. Obwohl das System Gehirnsignale mit etwa 78 Wörtern pro Minute in Text umwandeln konnte, hatte etwa ein Viertel Fehler. Doch die nonverbale Kommunikation machte die Fehler wett: Das Implantat nutzte die Mimik, um einen digitalen Avatar zu animieren, und eröffnete den Patienten damit eine weitere Art der Kommunikation.

Ein Wendepunkt

Gehirnimplantate sind eine Art Gehirn-Maschine-Schnittstelle. Getreu ihrem Namen verbinden diese Geräte das Gehirn mit Computern. Ultraschall Sie verbinden beides und sind offen für kreative Lösungen.

Die meisten Systeme messen die elektrische Aktivität im Gehirn und erfordern häufig Kabel, die Elektroden mit Computern verbinden, die die neuronale Aktivität entschlüsseln können.

In diesem Jahr eine Studie Schneiden Sie das Kabel mit einem drahtlosen Implantat durch. Das System besteht aus flexiblen, körnchengroßen Leiterplatten, die über das Gehirn verteilt sind und Aktivitätsänderungen erkennen und vorübergehend speichern können. Diese „Knoten“ übertragen Daten drahtlos an einen kopfhörerförmigen Empfänger, der die Informationen verarbeitet, die Hirnstimulation über die Knoten steuert und das Array mit Strom versorgt. Obwohl das System drahtlos ist, ist für die Implantation dennoch ein chirurgischer Eingriff erforderlich.

Eine Alternative? Geräte, die Gehirnsignale ohne Operation erfassen.

Eine Studie nutzte KI, um Daten der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) – eine nicht-invasive Technik – in den „Kern“ der Gedanken einer Person zu übersetzen. Die Technologie übersetzt die Gehirnaktivität nicht in Worte; Stattdessen erfasst es Ideen, während sie sich entwickeln, auch wenn die genauen Wörter bei der Übersetzung verloren gehen. Eine weitere Studie maß die Gehirnaktivität mit einer badekappenähnlichen Kopfbedeckung, in die Elektroden eingebettet waren und die auf der Kopfhaut saßen. Während ein Benutzer stillschweigend Sätze in seinem Kopf las, übersetzte die Kappe – mit Hilfe von KI – seine „Gedanken“ in Text.

Andere Geräte erforschen völlig neue Methoden, um Maschine und Gehirn zu verbinden – zum Beispiel mit Licht. Eine neuere Studie kombinierte Neuronen, die gentechnisch verändert wurden, um auf Licht zu reagieren, und flexible Sonden, die diese Neuronen mit verschiedenen Farben von LED-Licht aktivieren. In Kombination mit einer gängigen Technologie zur Steuerung der Lichteinstellungen könnte das Gerät mit über tausend unabhängigen LED-Pixeln die Aktivität mehrerer einzelner Neuronen gleichzeitig steuern.

Gehirnzellen sind laut. Das neue Gerät half dabei, die Kakophonie zu ordnen und die Schaltkreise im Gehirn aufzulösen, die bestimmten mentalen Rollen zugrunde liegen. Es aktivierte Neuronen bis zu einer Tiefe von etwa fünf Millimetern im Gehirn einer Maus der dickste Teil des menschlichen Kortex.

Paradigm Shift

Gehirnimplantate sind keine Gedankenlesemaschinen. Da sich die Technologie jedoch weiterentwickelt, wird sie wahrscheinlich auf viele stoßen ethische Landminen. Ein Gerät, das beispielsweise Gedanken als Text überträgt, könnte unbeabsichtigt in die Privatsphäre eingreifen.

Die Organisation der Vereinten Nationen für Erziehung, Wissenschaft und Kultur (UNESCO) blickt bereits nach vorne. Diesen Sommer, sie einen Bauplan veröffentlicht zur Neurotechnologie und fordert globale Vorschriften und einen ethischen Rahmen, während Gehirnimplantate einer unbekannten Zukunft entgegenrasen. Die Organisation hat zuvor ähnliche Richtlinien für andere wichtige Durchbrüche entwickelt, beispielsweise für die Nutzung und Weitergabe menschlicher genetischer Daten und für die Entwicklung von KI zur Verbesserung der Gesellschaft als Ganzes.

Gehirnimplantate haben sich schnell weiterentwickelt, doch ihr praktischer Nutzen steht erst am Anfang. Mit transformativer Kraft geht Verantwortung einher. Ein globales Gespräch über Zugang, Gleichheit, Privatsphäre und, philosophischer gesehen, darüber, was es bedeutet, ein Mensch zu sein, sollte kein nachträglicher Einfall sein. Vielmehr könnte es im Zeitalter der Cyborgs genauso wichtig sein wie die Technologie selbst.

Bild-Kredit: Jerry Tang/Martha Morales/Die Universität von Texas in Austin

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• Quelle: https://singularityhub.com/2023/12/29/welcome-to-the-cyborg-era-brain-implants-transformed-lives-this-year/