Dit jaar heeft geleid tot een ongelooflijke mix van hersenimplantaten die hersenactiviteit kunnen registreren, decoderen en veranderen.

Het klinkt als een déjà vu: brein-machine-interfaces leefden ook gratis in mijn hoofd de samenvatting van vorig jaar, maar om een ​​goede reden. Neurowetenschappers bouwen steeds geavanceerdere en flexibelere elektronische chips die machine-intelligentie naadloos en met recordsnelheid integreren met onze hersenen en ruggenmerg. Wat voorheen sciencefiction was – bijvoorbeeld het helpen van verlamde mensen om weer te kunnen lopen, zwemmen en kajakken – is nu realiteit.

Dit jaar hebben hersenimplantaten de levens van mensen verder getransformeerd. De niet zo geheime saus? AI.

Eén implantaat in het ruggenmerg van een patiënt met de ziekte van Parkinson – die langzaam een ​​soort hersencel vernietigt voor het plannen van bewegingen – vertaalde zijn intentie om te bewegen. Na tientallen jaren kon de man weer met gemak over een strandweg wandelen. De studie maakt de weg vrij voor het herstel van beweging bij andere hersenaandoeningen De ziekte van Lou Gehrig, waar neurale verbindingen met spieren langzaam desintegreren, of bij mensen met hersenbeschadiging door een beroerte.

Nog een beproeving gebruikte elektrische stimulatie om het kortetermijngeheugen te verbeteren bij mensen met traumatisch hersenletsel. De zorgvuldig getimede zaps vergrootten de aandachtsspanne tientallen jaren na het letsel, waardoor deelnemers meerdere alledaagse taken konden combineren en hobby's zoals lezen konden nastreven.

Hersenimplantaten bloeiden ook als diagnostische hulpmiddelen. Eén studie gebruikte implantaten om hersengolfpatronen te decoderen die verband houden met depressie en om mogelijk terugval te voorspellen. De studie ontcijferde hoe hersensignalen verschillen tussen gezonde en depressieve hersenen, wat betere algoritmen zou kunnen inspireren om hersenactiviteit weg te duwen van depressie.

Maar misschien was de grootste vooruitgang wel het decoderen van spraak – technologieën die dat wel doen gedachten vertalen naar woorden en zinnen. Deze technologieën ondersteunen mensen die het vermogen om te spreken hebben verloren, waardoor ze een alternatieve manier krijgen om met dierbaren te communiceren.

Hier zijn de hoogtepunten van 2023 van een nieuwe generatie “hersenlezen"implantaten.

Gedachten naar tekst

We spreken ongeveer 150 woorden per minuut. De lat voor hersenimplantaten ligt hoog.

Veel neurologische aandoeningen, zoals een beroerte, verlamming of het lock-in-syndroom, beroven iemand van het vermogen om te spreken, zelfs als zijn geest nog coherent is. Begin dit jaar, een Stanford-team hielp een 67-jarige vrouw haar spraak te herstellen met 62 woorden per minuut, meer dan drie keer de snelheid van eerdere implantaten. De vrouw verloor haar stem als gevolg van de ziekte van Lou Gehrig, die langzaam het vermogen van de hersenen aantast om de spieren te controleren voor spraak, beweging en uiteindelijk ademhaling.

De studie gebruikte een enorme woordenbibliotheek om haar spraak uit twee bronnen te decoderen: elektrische activiteit in het gebied van Broca, het ‘taalcentrum’ van de hersenen en uit de spieren rond haar mond. Deze signalen werden ingevoerd in een terugkerend neuraal netwerk – een soort deep learning-algoritme – om de basiselementen van spraak te onderscheiden. In slechts drie dagen was het systeem in staat de gedachten van de vrouw met recordsnelheid te decoderen, zij het met fouten.

Een ander systeem ging nog een stuk beter. In plaats van elektroden te gebruiken die de hersenen binnendringen, bestaat het apparaat – ECoG genoemd voor elektrocorticografie – uit kleine plaatachtige elektroden die op het oppervlak van de hersenen worden geplaatst om elektrische signalen op te vangen. Het moet nog steeds onder de schedel worden geïmplanteerd, maar beperkt de schade aan de gevoelige weefsels van de hersenen. Elke elektrode, ongeveer zo groot als de kop van een punaise, kan neurale signalen van hoge kwaliteit registreren.

ECoG was voor het eerst gebruikt rond de eeuwwisseling om spraak- en bewegingssignalen vast te leggen bij mensen met epilepsie. Het ontwikkelde zich al snel tot een apparaat dat dat mogelijk maakte een persoon met het lock-in-syndroom om hun gedachten thuis te communiceren met behulp van het implantaat.

Wat nieuw is, is de introductie van AI. Sommige algoritmen decodeerden de hersenactiviteit van vocale bewegingen (bijvoorbeeld de positie van de tong en de vorm van de mond), terwijl grote taalmodellen, zoals die welke ChatGPT aandrijven, zinnen uit de gegevens construeerden. Hoewel het systeem hersensignalen met ongeveer 78 woorden per minuut naar tekst kon vertalen, vertoonde ongeveer een kwart fouten. Maar non-verbale communicatie maakte de fouten goed: het implantaat gebruikte gezichtsuitdrukkingen om een ​​digitale avatar te animeren, waardoor patiënten nog een andere manier van communiceren kregen.

Een keerpunt

Hersenimplantaten zijn een soort hersen-machine-interface. Trouw aan hun naam verbinden deze apparaten de hersenen met computers. Hoe zij overbruggen de twee staat wijd open voor creatieve oplossingen.

De meeste systemen meten de elektrische activiteit in de hersenen en vereisen vaak kabels die elektroden verbinden met computers die neurale activiteit kunnen decoderen.

Dit jaar Een studie knip het snoer door met een draadloos implantaat. Het systeem bestaat uit flexibele, korrelige printplaten die over de hersenen zijn verspreid en die veranderingen in activiteit kunnen detecteren en tijdelijk opslaan. Deze ‘knooppunten’ verzenden gegevens draadloos naar een ontvanger in de vorm van een hoofdtelefoon, die de informatie verwerkt, de hersenstimulatie via de knooppunten regelt en de array van stroom voorziet. Hoewel draadloos, vereist het systeem nog steeds een operatie voor implantatie.

Een alternatief? Apparaten die hersensignalen opvangen zonder operatie.

Eén studie gebruikte AI om functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) gegevens – een niet-invasieve techniek – te vertalen naar de ‘kern’ van iemands gedachten. De technologie vertaalt hersenactiviteit niet in woorden; in plaats daarvan legt het ideeën vast terwijl ze zich ontwikkelen, ook al gaan de exacte woorden verloren bij de vertaling. Een andere studie gemeten hersenactiviteit met een badmutsachtig hoofddeksel ingebed met elektroden die op de hoofdhuid zitten. Terwijl een gebruiker stilletjes zinnen in zijn hoofd las, vertaalde de dop – met behulp van AI – zijn ‘gedachten’ in tekst.

Andere apparaten onderzoeken geheel nieuwe methoden om machines met hersenen te verbinden, bijvoorbeeld met licht. Een recente studie gecombineerde neuronen die genetisch gemanipuleerd zijn om te reageren op licht en flexibele sondes die deze neuronen activeren met verschillende kleuren LED-licht. Gecombineerd met een gemeenschappelijke technologie die de lichtinstellingen regelt, zou het apparaat, met meer dan duizend onafhankelijke LED-pixels, de activiteit van meerdere individuele neuronen tegelijk kunnen controleren.

Hersencellen zijn luidruchtig. Het nieuwe apparaat hielp de kakofonie te doorbreken om de hersencircuits op te lossen die ten grondslag liggen aan specifieke mentale rollen. Het activeerde neuronen tot vijf millimeter diep in het brein van een muis – grofweg het dikste gedeelte van de menselijke cortex.

Paradigm Shift

Hersenimplantaten zijn geen gedachtenleesmachines. Maar naarmate de technologie evolueert, zullen er waarschijnlijk talloze tegenkomen ethische landmijnen. Een apparaat dat gedachten als tekst uitzendt, kan bijvoorbeeld onbedoeld inbreuk maken op de privacy.

De Organisatie van de Verenigde Naties voor Onderwijs, Wetenschap en Cultuur (UNESCO) kijkt al vooruit. Deze zomer, zij een blauwdruk vrijgegeven over neurotechnologie, waarin wordt opgeroepen tot mondiale regelgeving en een ethisch kader terwijl hersenimplantaten een onbekende toekomst tegemoet stormen. De organisatie ontwikkelde eerder soortgelijke richtlijnen voor andere belangrijke doorbraken, zoals het gebruiken en delen van menselijke genetische gegevens en het ontwikkelen van AI om de samenleving als geheel te verbeteren.

Hersenimplantaten ontwikkelen zich snel, maar hun praktische bruikbaarheid staat nog maar aan het begin. Met transformatieve kracht komt verantwoordelijkheid. Een mondiaal gesprek over toegang, gelijkheid, privacy en, meer filosofisch gezien, wat het betekent om mens te zijn, mag geen bijzaak zijn. Integendeel, het kan net zo belangrijk zijn als de technologie zelf terwijl we een tijdperk van cyborgs binnengaan.

Krediet van het beeld: Jerry Tang/Martha Morales/De Universiteit van Texas in Austin

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://singularityhub.com/2023/12/29/welcome-to-the-cyborg-era-brain-implants-transformed-lives-this-year/