DARPA: financiering van draagbare hersen-machine-interfaces

DARPA heeft financiering toegekend aan zes organisaties ter ondersteuning van de Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (N³) programma, voor het eerst aangekondigd in maart 2018. Battelle Memorial Institute, Carnegie Mellon University, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Palo Alto Research Center (PARC), Rice University en Teledyne Scientific leiden multidisciplinaire teams voor het ontwikkelen van bidirectionele hersenmachine-interfaces met hoge resolutie voor gebruik door valide mensen serviceleden. Deze draagbare interfaces kunnen uiteindelijk verschillende nationale veiligheidstoepassingen mogelijk maken, zoals de besturing van actieve cyberverdedigingssystemen en zwermen onbemande luchtvaartuigen, of samenwerken met computersystemen om te multitasken tijdens complexe missies.

"DARPA bereidt zich voor op een toekomst waarin een combinatie van onbemande systemen, kunstmatige intelligentie en cyberoperaties conflicten kunnen veroorzaken op tijdlijnen die te kort zijn voor mensen om effectief te beheren met alleen de huidige technologie," zei Al Emondi, de N³ programma manager. "Door een meer toegankelijke hersenmachine-interface te creëren waarvoor geen operatie nodig is, kan DARPA hulpmiddelen leveren waarmee opdrachtcommandanten zinvol betrokken kunnen blijven bij dynamische operaties die zich snel ontwikkelen."

In de afgelopen 18-jaren heeft DARPA steeds geavanceerdere neurotechnologieën aangetoond die afhankelijk zijn van chirurgisch geïmplanteerde elektroden om te communiceren met het centrale of perifere zenuwstelsel. Het bureau heeft bewezen prestaties zoals neurale controle van prothetische ledematen en  herstel van de tastzin aan de gebruikers van die ledematen, verlichting van anders onhandelbare neuropsychiatrische aandoeningen zoals depressie, en verbetering van geheugenvorming en recall. Vanwege de inherente risico's van chirurgie, zijn deze technologieën tot nu toe beperkt tot gebruik door vrijwilligers met klinische behoeften.

Voor de primair valide bevolking van het leger om te profiteren van neurotechnologie zijn niet-chirurgische interfaces vereist. Maar in feite kan vergelijkbare technologie ook grote voordelen opleveren voor klinische populaties. Door de noodzaak van chirurgie weg te nemen, proberen N3-systemen het aantal patiënten uit te breiden dat toegang heeft tot behandelingen zoals diepe hersenstimulatie om neurologische aandoeningen te beheersen.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=eL1nG1O7z-c

Dan³ teams volgen een reeks benaderingen die optica, akoestiek en elektromagnetica gebruiken om neurale activiteit vast te leggen en / of met hoge snelheid en resolutie signalen terug te sturen naar de hersenen. Het onderzoek is verdeeld over twee sporen. Teams streven naar volledig niet-invasieve interfaces die volledig extern zijn van het lichaam of minutieus invasieve interfacesystemen met nanotransducers die tijdelijk en niet-chirurgisch aan de hersenen kunnen worden toegediend om de signaalresolutie te verbeteren.

• Het Battelle-team, onder hoofdonderzoeker Dr. Gaurav Sharma, heeft als doel een minutieus invasief interfacesysteem te ontwikkelen dat een externe transceiver koppelt met elektromagnetische nanotransducers die niet-chirurgisch worden afgeleverd aan van belang zijnde neuronen. De nanotransducers zouden elektrische signalen van de neuronen omzetten in magnetische signalen die kunnen worden opgenomen en verwerkt door de externe transceiver, en vice versa, om bidirectionele communicatie mogelijk te maken.
• Het Carnegie Mellon University-team, onder hoofdonderzoeker Dr. Pulkit Grover, heeft als doel een volledig niet-invasief apparaat te ontwikkelen dat een akoestisch-optische benadering gebruikt om vanuit de hersenen op te nemen en interfererende elektrische velden naar specifieke neuronen te schrijven. Het team zal ultrasone golven gebruiken om licht in en uit de hersenen te geleiden om neurale activiteit te detecteren. De schrijfbenadering van het team maakt gebruik van de niet-lineaire respons van neuronen op elektrische velden om gelokaliseerde stimulatie van specifieke celtypen mogelijk te maken.
• Het team van Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, onder hoofdonderzoeker Dr. David Blodgett, heeft als doel een volledig niet-invasief, coherent optisch systeem voor opname vanuit de hersenen te ontwikkelen. Het systeem zal direct optische padlengteveranderingen in neuraal weefsel meten die correleren met neurale activiteit.
• Het PARC-team, onder hoofdonderzoeker Dr. Krishnan Thyagarajan, wil een volledig niet-invasief akoestisch-magnetisch apparaat ontwikkelen om naar de hersenen te schrijven. Hun aanpak combineert ultrasone golven met magnetische velden om plaatselijke elektrische stromen voor neuromodulatie te genereren. De hybride aanpak biedt het potentieel voor gelokaliseerde neuromodulatie dieper in de hersenen.
• Het Rice University-team, onder hoofdonderzoeker Dr. Jacob Robinson, wil een minutieus invasief, bidirectioneel systeem ontwikkelen voor het opnemen van en schrijven naar de hersenen. Voor de opnamefunctie gebruikt de interface diffuse optische tomografie om neurale activiteit af te leiden door lichtverstrooiing in neuraal weefsel te meten. Om de schrijffunctie in te schakelen, zal het team een ​​magneto-genetische benadering gebruiken om neuronen gevoelig te maken voor magnetische velden.
• Het Teledyne-team, onder hoofdonderzoeker Dr. Patrick Connolly, wil een volledig niet-invasief, geïntegreerd apparaat ontwikkelen dat micro-optisch gepompte magnetometers gebruikt om kleine, gelokaliseerde magnetische velden te detecteren die correleren met neurale activiteit. Het team gebruikt gerichte echografie voor het schrijven naar neuronen.

Gedurende het programma profiteert het onderzoek van inzichten die worden geboden door onafhankelijke juridische en ethische experts die zijn overeengekomen om inzichten te verschaffen over N³ vooruitgang en overwegen mogelijke toekomstige militaire en civiele toepassingen en implicaties van de technologie. Bovendien werken federale toezichthouders samen met DARPA om de teams te helpen de klaring van menselijk gebruik beter te begrijpen naarmate het onderzoek van start gaat. Naarmate het werk vordert, zullen deze toezichthouders helpen bij het sturen van strategieën voor het indienen van aanvragen voor vrijstellingen van onderzoeksapparatuur en nieuwe onderzoeksmiddelen om menselijke proeven met N mogelijk te maken.³ systemen tijdens de laatste fase van het vierjarenprogramma.

“Als N³ is succesvol, zullen we eindigen met draagbare neurale interface-systemen die met de hersenen kunnen communiceren vanaf een bereik van slechts een paar millimeter, waardoor neurotechnologie verder gaat dan de kliniek en praktisch wordt gebruikt voor nationale veiligheid, "zei Emondi. "Net zoals serviceleden beschermende en tactische uitrusting aantrekken als voorbereiding op een missie, kunnen ze in de toekomst een headset met een neurale interface gebruiken, de technologie gebruiken zoals nodig is en de tool opzij leggen wanneer de missie is voltooid."

Lees hier het hele verhaal ...