Detta år gav upphov till en otrolig blandning av hjärnimplantat som kan registrera, avkoda och ändra hjärnaktivitet.

Det låter som déjà vu—hjärna-maskin-gränssnitt också levde gratis i mitt huvud i förra årets sammanfattning, men av goda skäl. Neuroforskare bygger allt mer sofistikerade och flexibla elektroniska chip som sömlöst integrerar maskinintelligens med våra hjärnor och ryggmärg i rekordfart. Det som tidigare var science fiction – till exempel att hjälpa förlamade människor att återfå sin förmåga att gå, simma och paddla kajak – är nu verklighet.

I år förändrade hjärnimplantat människors liv ytterligare. Den inte så hemliga såsen? AI.

Ett implantat i ryggmärgen hos en patient med Parkinsons sjukdom – som långsamt förstör en typ av hjärncell för att planera rörelser – översatte hans avsikt att röra sig. Efter decennier kunde mannen återigen enkelt promenera längs en strandväg. Studien banar väg för återställande av rörelse i andra hjärnsjukdomar, som Lou Gehrigs sjukdom, där neurala kopplingar till muskler sakta sönderfaller, eller hos personer med hjärnskador från stroke.

Ännu en rättegång använde elektrisk stimulering för att öka korttidsminnet hos personer som lever med traumatiska hjärnskador. De noggrant tidsinställda zaparna ökade uppmärksamheten decennier efter skadan – vilket gjorde det möjligt för deltagarna att jonglera med flera vardagsuppgifter och ägna sig åt hobbyer som att läsa.

Hjärnimplantat trivdes också som diagnostiska verktyg. En studie använt implantat för att avkoda hjärnvågsmönster associerade med depression och för att potentiellt förutsäga återfall. Studien dechiffrerade hur hjärnsignaler skiljer sig mellan en frisk och deprimerad hjärna, vilket kan inspirera till bättre algoritmer för att knuffa hjärnaktivitet bort från depression.

Men det kanske största framstegen var i avkodning av tal – teknologier som översätta tankar till ord och meningar. Dessa teknologier stöder människor som har förlorat förmågan att tala, vilket ger dem ett alternativt sätt att kommunicera med nära och kära.

Här är höjdpunkterna från 2023 från en ny generation av "hjärnläsning” implantat.

Tankar till text

Vi talar med en hastighet av ungefär 150 ord i minuten. Det är en hög nivå för hjärnimplantat.

Många neurologiska störningar, såsom stroke, förlamning eller inlåst syndrom, berövar en person förmågan att tala – även om deras sinne fortfarande är sammanhängande. Tidigt i år, ett team från Stanford hjälpte en 67-årig kvinna att återställa sitt tal med 62 ord i minuten, mer än tre gånger snabbare än tidigare implantat. Kvinnan tappade rösten på grund av Lou Gehrigs sjukdom, som långsamt urholkar hjärnans förmåga att kontrollera muskler för tal, rörelser och så småningom andning.

Studien använde ett enormt bibliotek av ord för att avkoda hennes tal från två källor: elektrisk aktivitet i Brocas område, hjärnans "språkcentrum" och från musklerna runt hennes mun. Dessa signaler matades in i ett återkommande neuralt nätverk - en typ av djupinlärningsalgoritm - för att särskilja de grundläggande delarna av tal. På bara tre dagar kunde systemet avkoda kvinnans tankar i rekordfart – om än med fel.

Ett annat system gick en bättre. Istället för att använda elektroder som penetrerar hjärnan, består enheten – kallad ECoG för elektrokortikografi – av små plattliknande elektroder placerade på hjärnans yta för att fånga upp elektriska signaler. Det behöver fortfarande implanteras under skallen men begränsar skador på hjärnans känsliga vävnader. Varje elektrod, ungefär lika stor som huvudet på en häftstift, kan spela in högkvalitativa neurala signaler.

ECoG var först används vid sekelskiftet för att registrera tal och rörelsesignaler hos personer med epilepsi. Det utvecklades snart till en enhet som tillät en person med inlåst syndrom för att kommunicera sina tankar med hjälp av implantatet hemma.

Vad som är nytt är introduktionen av AI. Vissa algoritmer avkodade hjärnaktiviteten för röströrelser – till exempel positionen för tungan och munnen – medan stora språkmodeller, som de som driver ChatGPT, konstruerade meningar från data. Även om systemet kunde översätta hjärnsignaler till text med ungefär 78 ord per minut, hade ungefär en fjärdedel fel. Men icke-verbal kommunikation kompenserade för misstagen: implantatet använde ansiktsuttryck för att animera en digital avatar, vilket gav patienterna ytterligare ett kommunikationssätt.

En vändpunkt

Hjärnimplantat är en typ av hjärna-maskin-gränssnitt. I enlighet med deras namn länkar dessa enheter hjärnan till datorer. Hur ser din drömresa ut de överbryggar de två är vidöppen för kreativa lösningar.

De flesta system mäter elektrisk aktivitet i hjärnan och kräver ofta kablar som länkar elektroder till datorer som kan avkoda neural aktivitet.

I år en studie klipp av sladden med ett trådlöst implantat. Systemet består av flexibla kretskort i kornstorlek spridda över hjärnan som kan upptäcka och tillfälligt lagra förändringar i aktivitet. Dessa "noder" överför data trådlöst till en hörlursformad mottagare, som bearbetar informationen, styr hjärnstimulering via noderna och driver arrayen. Även om det är trådlöst, kräver systemet fortfarande kirurgi för implantation.

Ett alternativ? Enheter som fångar hjärnans signaler utan operation.

En studie använde AI för att översätta data från funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) – en icke-invasiv teknik – till "kärnan" i en persons tankar. Tekniken översätter inte hjärnaktivitet till ord; istället fångar den idéer när de utvecklas, även om de exakta orden går förlorade i översättningen. En annan studie uppmätt hjärnaktivitet med badmössaliknande huvudbonader inbäddade med elektroder som sitter på hårbotten. När en användare tyst läste meningar i sitt sinne översatte kepsen – med hjälp av AI – hans "tankar" till text.

Andra enheter utforskar helt nya metoder för att ansluta maskin till hjärna - till exempel med ljus. En ny studie kombinerade neuroner genetiskt modifierade för att svara på ljus och flexibla sonder som aktiverar dessa neuroner med olika färger av LED-ljus. Kombinerat med en vanlig teknik som styr ljusinställningarna, kunde enheten, med över tusen oberoende LED-pixlar, kontrollera aktiviteten hos flera individuella neuroner samtidigt.

Hjärnceller är bullriga. Den nya enheten hjälpte till att sortera igenom kakofonien för att lösa de hjärnkretsar som ligger bakom specifika mentala roller. Det aktiverade neuroner upp till fem millimeter djupt inuti en mushjärna - ungefär den tjockaste delen av den mänskliga cortexen.

Paradigmskifte

Hjärnimplantat är inte tankeläsmaskiner. Men när tekniken utvecklas kommer den sannolikt att stöta på många etiska landminor. En enhet som sänder tankar som text, till exempel, kan oavsiktligt inkräkta på integriteten.

Förenta nationernas organisation för utbildning, vetenskap och kultur (UNESCO) ser redan framåt. I sommar har de släppt en ritning om neuroteknik, efterlyser globala regleringar och ett etiskt ramverk när hjärnimplantat rusar mot en okänd framtid. Organisationen har tidigare utvecklat liknande riktlinjer för andra viktiga genombrott, såsom hur man använder och delar mänsklig genetisk data och hur man utvecklar AI för att förbättra samhället som helhet.

Hjärnimplantat har rört sig snabbt, men deras verkliga verktyg har precis börjat. Med transformativ kraft kommer ansvar. En global konversation om tillgång, jämlikhet, integritet och mer filosofiskt, vad det innebär att vara människa borde inte vara en eftertanke. Snarare kan det vara lika viktigt som själva tekniken när vi fortsätter in i en era av cyborgs.

Image Credit: Jerry Tang/Martha Morales/The University of Texas i Austin

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://singularityhub.com/2023/12/29/welcome-to-the-cyborg-era-brain-implants-transformed-lives-this-year/