Αυτό το έτος δημιούργησε ένα απίστευτο μείγμα εγκεφαλικών εμφυτευμάτων που μπορούν να καταγράφουν, να αποκωδικοποιούν και να αλλάζουν την εγκεφαλική δραστηριότητα.

Ακούγεται σαν déjà vu—οι διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής έζησαν επίσης δωρεάν στο κεφάλι μου η περσινή σύνοψη, αλλά για καλό λόγο. Οι νευροεπιστήμονες κατασκευάζουν όλο και πιο εξελιγμένα και ευέλικτα ηλεκτρονικά τσιπ που ενσωματώνουν απρόσκοπτα τη νοημοσύνη των μηχανών με τον εγκέφαλο και τον νωτιαίο μυελό μας με ταχύτητα ρεκόρ. Αυτό που προηγουμένως ήταν επιστημονική φαντασία - για παράδειγμα, βοηθώντας τους παράλυτους να ανακτήσουν την ικανότητά τους να περπατούν, να κολυμπούν και να κάνουν καγιάκ - είναι τώρα πραγματικότητα.

Φέτος, τα εγκεφαλικά εμφυτεύματα άλλαξαν περαιτέρω τις ζωές των ανθρώπων. Η όχι και τόσο μυστική σάλτσα; ΟΛΑ ΣΥΜΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ.

Ένα εμφύτευμα στον νωτιαίο μυελό ενός ασθενούς με νόσο του Πάρκινσον - η οποία καταστρέφει σιγά σιγά έναν τύπο εγκεφαλικών κυττάρων για τον προγραμματισμό των κινήσεων - μετέφρασε την πρόθεσή του να κινηθεί. Μετά από δεκαετίες, ο άντρας μπορούσε και πάλι να περπατήσει σε έναν παραλιακό δρόμο με ευκολία. Η μελέτη ανοίγει το δρόμο για την αποκατάσταση της κίνησης σε άλλες εγκεφαλικές διαταραχές—όπως Η νόσος του Lou Gehrig, όπου οι νευρικές συνδέσεις με τους μύες αποσυντίθενται αργά ή σε άτομα με εγκεφαλική βλάβη από εγκεφαλικό.

Άλλη μια δοκιμή χρησιμοποίησε ηλεκτρική διέγερση για την ενίσχυση της βραχυπρόθεσμης μνήμης σε άτομα που ζουν με τραυματικές εγκεφαλικές κακώσεις. Τα προσεκτικά χρονομετρημένα ζάπ αύξησαν το εύρος της προσοχής δεκαετίες μετά τον τραυματισμό - επιτρέποντας στους συμμετέχοντες να κάνουν ταχυδακτυλουργικά πολλές καθημερινές εργασίες και να ακολουθήσουν χόμπι όπως το διάβασμα.

Τα εγκεφαλικά εμφυτεύματα ευδοκίμησαν επίσης ως διαγνωστικά εργαλεία. Μια μελέτη χρησιμοποίησαν εμφυτεύματα για την αποκωδικοποίηση των μοτίβων εγκεφαλικών κυμάτων που σχετίζονται με την κατάθλιψη και για την πιθανή πρόβλεψη της υποτροπής. Η μελέτη αποκρυπτογράφησε πώς τα σήματα του εγκεφάλου διαφέρουν μεταξύ ενός υγιούς και καταθλιπτικού εγκεφάλου, κάτι που θα μπορούσε να εμπνεύσει καλύτερους αλγόριθμους για να ωθήσει την εγκεφαλική δραστηριότητα μακριά από την κατάθλιψη.

Αλλά ίσως η μεγαλύτερη πρόοδος ήταν στην αποκωδικοποίηση του λόγου — τεχνολογίες που μεταφράζουν τις σκέψεις σε λέξεις και προτάσεις. Αυτές οι τεχνολογίες υποστηρίζουν άτομα που έχουν χάσει την ικανότητα να μιλούν, δίνοντάς τους έναν εναλλακτικό τρόπο επικοινωνίας με αγαπημένα πρόσωπα.

Εδώ είναι τα κυριότερα σημεία του 2023 από μια νέα γενιά "εγκεφαλική ανάγνωση” εμφυτεύματα.

Σκέψεις σε κείμενο

Μιλάμε με ρυθμό περίπου 150 λέξεων το λεπτό. Είναι υψηλός πήχης για τα εμφυτεύματα εγκεφάλου.

Πολλές νευρολογικές διαταραχές, όπως το εγκεφαλικό επεισόδιο, η παράλυση ή το σύνδρομο εγκλωβισμού, κλέβουν την ικανότητα του ατόμου να μιλήσει — ακόμα κι αν το μυαλό του είναι ακόμα συνεκτικό. Νωρίτερα φέτος, μια ομάδα του Στάνφορντ βοήθησε μια 67χρονη γυναίκα να επαναφέρει την ομιλία της με 62 λέξεις το λεπτό, τριπλάσια ταχύτητα από τα προηγούμενα εμφυτεύματα. Η γυναίκα έχασε τη φωνή της λόγω της νόσου του Lou Gehrig, η οποία σιγά-σιγά διαβρώνει την ικανότητα του εγκεφάλου να ελέγχει τους μύες για την ομιλία, την κίνηση και τελικά την αναπνοή.

Η μελέτη χρησιμοποίησε μια τεράστια βιβλιοθήκη λέξεων για να αποκωδικοποιήσει την ομιλία της από δύο πηγές: την ηλεκτρική δραστηριότητα στην περιοχή της Μπρόκα, το «κέντρο γλώσσας» του εγκεφάλου και από τους μύες γύρω από το στόμα της. Αυτά τα σήματα τροφοδοτήθηκαν σε ένα επαναλαμβανόμενο νευρωνικό δίκτυο - έναν τύπο αλγόριθμου βαθιάς μάθησης - για να διακρίνουν τα βασικά στοιχεία της ομιλίας. Σε μόλις τρεις ημέρες, το σύστημα μπόρεσε να αποκωδικοποιήσει τις σκέψεις της γυναίκας με ταχύτητα ρεκόρ - αν και με λάθη.

Άλλο σύστημα πήγε ένα καλύτερα. Αντί να χρησιμοποιεί ηλεκτρόδια που διεισδύουν στον εγκέφαλο, η συσκευή - που ονομάζεται ECoG για ηλεκτροκορτικογραφία - αποτελείται από μικρά ηλεκτρόδια που μοιάζουν με πλάκες που τοποθετούνται στην επιφάνεια του εγκεφάλου για τη λήψη ηλεκτρικών σημάτων. Πρέπει ακόμα να εμφυτευτεί κάτω από το κρανίο, αλλά περιορίζει τη βλάβη στους ευαίσθητους ιστούς του εγκεφάλου. Κάθε ηλεκτρόδιο, περίπου στο μέγεθος της κεφαλής μιας πινέζας, μπορεί να καταγράψει υψηλής ποιότητας νευρικά σήματα.

Το ECoG ήταν πρώτη φορά στις αρχές αυτού του αιώνα για την καταγραφή των σημάτων ομιλίας και κίνησης σε άτομα με επιληψία. Σύντομα εξελίχθηκε σε μια συσκευή που επέτρεπε ένα άτομο με σύνδρομο locked-in για να επικοινωνήσουν τις σκέψεις τους χρησιμοποιώντας το εμφύτευμα στο σπίτι.

Το νέο είναι η εισαγωγή του AI. Μερικοί αλγόριθμοι αποκωδικοποίησαν την εγκεφαλική δραστηριότητα των φωνητικών κινήσεων - για παράδειγμα, τη θέση της γλώσσας και το σχήμα του στόματος - ενώ μεγάλα γλωσσικά μοντέλα, όπως αυτά που τροφοδοτούν το ChatGPT, κατασκεύαζαν προτάσεις από τα δεδομένα. Αν και το σύστημα μπορούσε να μεταφράσει εγκεφαλικά σήματα σε κείμενο με περίπου 78 λέξεις το λεπτό, περίπου το ένα τέταρτο είχε σφάλματα. Αλλά η μη λεκτική επικοινωνία αντικατέστησε τα λάθη: το εμφύτευμα χρησιμοποίησε εκφράσεις προσώπου για να ζωντανέψει ένα ψηφιακό avatar, δίνοντας στους ασθενείς έναν ακόμη τρόπο επικοινωνίας.

Ενα σημείο καμπής

Τα εμφυτεύματα εγκεφάλου είναι ένας τύπος διεπαφής εγκεφάλου-μηχανής. Πιστές στο όνομά τους, αυτές οι συσκευές συνδέουν τον εγκέφαλο με τους υπολογιστές. Πως γεφυρώνουν τα δύο είναι ευρέως ανοιχτό σε δημιουργικές λύσεις.

Τα περισσότερα συστήματα μετρούν την ηλεκτρική δραστηριότητα στον εγκέφαλο και συχνά απαιτούν καλώδια που συνδέουν ηλεκτρόδια με υπολογιστές που μπορούν να αποκωδικοποιήσουν τη νευρική δραστηριότητα.

Αυτό το έτος, μια μελέτη κόψτε το καλώδιο με ένα ασύρματο εμφύτευμα. Το σύστημα αποτελείται από εύκαμπτες πλακέτες κυκλωμάτων μεγέθους κόκκου πασπαλισμένες σε όλο τον εγκέφαλο που μπορούν να ανιχνεύσουν και να αποθηκεύσουν προσωρινά αλλαγές στη δραστηριότητα. Αυτοί οι «κόμβοι» μεταδίδουν ασύρματα δεδομένα σε έναν δέκτη σε σχήμα ακουστικών, ο οποίος επεξεργάζεται τις πληροφορίες, ελέγχει τη διέγερση του εγκεφάλου μέσω των κόμβων και τροφοδοτεί τη συστοιχία. Αν και ασύρματο, το σύστημα εξακολουθεί να απαιτεί χειρουργική επέμβαση για εμφύτευση.

Μία εναλλακτική? Συσκευές που καταγράφουν εγκεφαλικά σήματα χωρίς χειρουργική επέμβαση.

Μια μελέτη χρησιμοποίησε την τεχνητή νοημοσύνη για να μεταφράσει δεδομένα λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας (fMRI) —μια μη επεμβατική τεχνική—στην ουσία των σκέψεων ενός ατόμου. Η τεχνολογία δεν μεταφράζει τη δραστηριότητα του εγκεφάλου σε λέξεις. Αντίθετα, συλλαμβάνει ιδέες καθώς εξελίσσονται, παρόλο που οι ακριβείς λέξεις χάνονται στη μετάφραση. Μια άλλη μελέτη μετρημένη εγκεφαλική δραστηριότητα με κάλυμμα κεφαλής που μοιάζει με σκουφάκι κολύμβησης, ενσωματωμένο με ηλεκτρόδια που εφαρμόζουν στο τριχωτό της κεφαλής. Καθώς ένας χρήστης διάβαζε σιωπηλά προτάσεις στο μυαλό του, το καπάκι —με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης— μετέφραζε τις «σκέψεις» του σε κείμενο.

Άλλες συσκευές εξερευνούν εντελώς νέες μεθόδους σύνδεσης μηχανής με εγκέφαλο—για παράδειγμα, με φως. Μια πρόσφατη μελέτη συνδυασμένοι νευρώνες γενετικά κατασκευασμένοι για να ανταποκρίνονται στο φως και εύκαμπτοι ανιχνευτές που ενεργοποιούν αυτούς τους νευρώνες με διαφορετικά χρώματα φωτός LED. Σε συνδυασμό με μια κοινή τεχνολογία που ελέγχει τις ρυθμίσεις φωτός, η συσκευή, με πάνω από χίλια ανεξάρτητα pixel LED, θα μπορούσε να ελέγχει τη δραστηριότητα πολλαπλών μεμονωμένων νευρώνων ταυτόχρονα.

Τα εγκεφαλικά κύτταρα είναι θορυβώδη. Η νέα συσκευή βοήθησε να ταξινομηθεί η κακοφωνία για να επιλυθούν τα κυκλώματα του εγκεφάλου που κρύβονται κάτω από συγκεκριμένους νοητικούς ρόλους. Ενεργοποίησε νευρώνες σε βάθος έως και πέντε χιλιοστά μέσα σε έναν εγκέφαλο ποντικιού - περίπου το πιο χοντρό μέρος του ανθρώπινου φλοιού.

Παραδειγματική στροφή

Τα εγκεφαλικά εμφυτεύματα δεν είναι μηχανές ανάγνωσης μυαλού. Αλλά καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, είναι πιθανό να συναντήσει πολλά ηθικές νάρκες ξηράς. Μια συσκευή που εκπέμπει σκέψεις ως κείμενο, για παράδειγμα, θα μπορούσε κατά λάθος να παραβιάσει το απόρρητο.

Ο Εκπαιδευτικός, Επιστημονικός και Πολιτιστικός Οργανισμός των Ηνωμένων Εθνών (UNESCO) κοιτάζει ήδη μπροστά. Αυτό το καλοκαίρι, αυτοί κυκλοφόρησε ένα σχέδιο στη νευροτεχνολογία, ζητώντας παγκόσμιους κανονισμούς και ένα ηθικό πλαίσιο καθώς τα εμφυτεύματα εγκεφάλου οδεύουν προς ένα άγνωστο μέλλον. Ο οργανισμός ανέπτυξε προηγουμένως παρόμοιες κατευθυντήριες γραμμές για άλλες βασικές ανακαλύψεις, όπως το πώς να χρησιμοποιούνται και να μοιράζονται τα ανθρώπινα γενετικά δεδομένα και πώς να αναπτύσσεται η τεχνητή νοημοσύνη για τη βελτίωση της κοινωνίας στο σύνολό της.

Τα εγκεφαλικά εμφυτεύματα κινούνται γρήγορα, αλλά η πραγματική τους χρησιμότητα μόλις ξεκινά. Με τη μεταμορφωτική δύναμη έρχεται η ευθύνη. Μια παγκόσμια συζήτηση για την πρόσβαση, την ισότητα, την ιδιωτικότητα και, πιο φιλοσοφικά, το τι σημαίνει να είσαι άνθρωπος δεν πρέπει να είναι εκ των υστέρων σκέψη. Αντίθετα, μπορεί να είναι τόσο σημαντικό όσο η ίδια η τεχνολογία όσο συνεχίζουμε σε μια εποχή cyborg.

Image Credit: Τζέρι Τανγκ/Μάρθα Μοράλες/Το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://singularityhub.com/2023/12/29/welcome-to-the-cyborg-era-brain-implants-transformed-lives-this-year/