DARPA, Forsvarsdepartementets forskningsarm, betaler forskere for å finne opp måter å umiddelbart lese soldatens sinn ved å bruke verktøy som genteknologi av den menneskelige hjerne, nanoteknologi og infrarøde stråler. Endemålet? Tankestyrte våpen, som svermer av droner som noen sender til himmelen med en enkelt tanke eller evnen til å stråle bilder fra en hjerne til en annen.
Denne uken kunngjorde DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) at seks lag vil motta midler under programmet Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (N3). Deltakerne får i oppgave å utvikle teknologi som vil gi en toveiskanal for rask og sømløs kommunikasjon mellom den menneskelige hjernen og maskiner uten å kreve kirurgi.
"Tenk deg noen som bruker en drone, eller noen som kan analysere mye data," sa Jacob Robinson, adjunkt i bioingeniørarbeid ved Rice University, som leder et av teamene.
"Det er denne forsinkelsen, der hvis jeg vil kommunisere med maskinen min, må jeg sende et signal fra hjernen min for å bevege fingrene eller bevege munnen for å lage en muntlig kommando, og dette begrenser hastigheten som jeg kan samhandle med enten et cybersystem eller et fysisk system. Så tanken er kanskje at vi kan forbedre den hastigheten på samspillet. "
Det kan være avgjørende fordi smarte maskiner og en tidevannsbølge av data truer med å overvelde mennesker, og til slutt kan finne bruksområder både i militære og sivile områder, sa Robinson.
Fremme tankekontroll
Selv om det har vært gjennombrudd i vår evne til å lese og til og med skrive informasjon til hjernen, har disse fremskrittene generelt vært avhengige av hjerneimplantater hos pasienter, slik at leger kan overvåke tilstander som epilepsi.
Hjernekirurgi er imidlertid for risikabelt til å rettferdiggjøre slike grensesnitt hos uføre mennesker. og nåværende ytre hjerneovervåkingsmetoder som elektroencefalografi (EEG) - der elektroder er festet direkte i hodebunnen - er for unøyaktige. Som sådan prøver DARPA å anspore til et gjennombrudd i ikke-invasive eller minimalt invasive hjern-datamaskin-grensesnitt (BCI).
Byrået er interessert i systemer som kan lese og skrive til 16 uavhengige steder i en del av hjernen på størrelse med en erter med etterslep på ikke mer enn 50 millisekunder i løpet av fire år, sa Robinson, som ikke er noen illusjon om omfanget av utfordringen.
"Når du prøver å fange hjerneaktivitet gjennom skallen, er det vanskelig å vite hvor signalene kommer fra og når og hvor signalene blir generert," sa han til Live Science. "Så den store utfordringen er, kan vi skyve de absolutte grensene for vår oppløsning, både i rom og tid?"
Genetisk finjusterende menneskelige hjerner
For å gjøre dette planlegger Robinsons team å bruke virus som er modifisert for å levere genetisk materiale i celler - kalt virale vektorer - for å sette inn DNA i spesifikke nevroner som vil få dem til å produsere to typer proteiner.
Den første typen protein absorberer lys når en nevron skyter, noe som gjør det mulig å oppdage nevral aktivitet. Et eksternt headset ville sende ut en stråle med infrarødt lys som kan passere gjennom hodeskallen og inn i hjernen. Detektorer festet til headsettet ville deretter måle det lille signalet som reflekteres fra hjernevevet for å skape et bilde av hjernen. På grunn av proteinet vil de målrettede områdene virke mørkere (absorbere lys) når nevroner skyter, og generere en lesning av hjerneaktivitet som kan brukes til å finne ut hva personen ser, hører eller prøver å gjøre.
Det andre proteinet teter til magnetiske nanopartikler, så nevronene kan magnetisk stimuleres til å skyte når headsettet genererer et magnetfelt. Dette kan brukes til å stimulere nevroner for å indusere et bilde eller lyd i pasientens sinn. Som et bevis på konseptet planlegger gruppen å bruke systemet til å overføre bilder fra en visuell cortex til en annen.
"Å kunne avkode eller kode sanseopplevelser er noe vi forstår relativt godt," sa Robinson. "I vitenskapens blødende kant tror jeg vi er der hvis vi hadde teknologien til å gjøre det."
Snakker med droner
En gruppe fra det ideelle forskningsinstituttet Battelle tar på seg en mer ambisiøs utfordring. Gruppen ønsker å la mennesker kontrollere flere droner ved å bruke tankene sine alene, mens tilbakemeldinger om ting som akselerasjon og posisjon går direkte til hjernen.
"Joysticks og datamaskinmarkører er mer eller mindre enveis enheter," sa seniorforsker Gaurav Sharma, som leder teamet. "Men nå tenker vi på en person som kontrollerer flere droner; og det er toveis, så hvis dronen beveger seg til venstre, får du et sensorisk signal tilbake i hjernen din som forteller deg at den beveger seg til venstre."
Gruppens plan er avhengig av spesialdesignede nanopartikler med magnetiske kjerner og piezoelektriske ytre skall, noe som betyr at skjellene kan konvertere mekanisk energi til elektrisk og vice versa. Partiklene vil bli injisert eller administrert nasalt, og magnetiske felt vil lede dem til spesifikke nevroner.
Når et spesialdesignet headset påfører et magnetfelt på de målrettede nevronene, vil den magnetiske kjernen bevege seg og utøve stress på det ytre skallet for å generere en elektrisk impuls som gjør at nevronen branner. Prosessen fungerer også i revers, med elektriske impulser fra avfyring av nevroner som blir konvertert til ørsmå magnetiske felt som blir plukket opp av detektorer i headsettet.
Å oversette den prosessen til å kontrollere droner vil ikke være enkel, innrømmer Sharma, men han gleder seg over utfordringen DARPA har lagt ut. "Hjernen er den endelige grensen i medisinsk vitenskap," sa han. "Vi forstår så lite av det, og det er det som gjør det veldig spennende å forske på dette området."
