Baš kao što su stari Grci maštali o velikom letu, današnje mašte sanjale su o ulju i strojevima kao lijeku za mučan problem ljudske smrtnosti. Može li se um izravno povezati s umjetnom inteligencijom, robotima i drugim umovima pomoću tehnologija sučelja mozga-računala (BCI) kako bi nadišao naša ljudska ograničenja?
Povezani sadržaj
- Kako je prvi američki stroj za dodavanje povezan s 'Golim ručkom'
Tijekom posljednjih 50 godina, istraživači u sveučilišnim laboratorijima i tvrtkama širom svijeta postigli su impresivan napredak u ostvarenju takve vizije. Nedavno su uspješni poduzetnici poput Elona Muska (Neuralink) i Bryana Johnsona (Kernel) najavili nove startupove koji nastoje poboljšati ljudske mogućnosti povezivanjem mozga i računala.
Koliko smo zapravo blizu da uspješno povezujemo mozak s našim tehnologijama? I kakve bi posljedice mogle biti kad se naši umovi uključe?
Podrijetlo: Sanacija i obnova
Eb Fetz, ovdje istraživač u Centru za senzorimotorno neuronsko inženjerstvo (CSNE), jedan je od prvih pionira koji povezuju strojeve sa umovima. 1969. godine, prije nego što je postojalo čak i osobno računalo, pokazao je da majmuni mogu pojačati svoje moždane signale da upravljaju iglom koja se kretala na brojčaniku.
Veliki dio nedavnog rada na BCI ima za cilj poboljšanje kvalitete života ljudi koji su paralizirani ili imaju ozbiljne motoričke smetnje. Možda ste vidjeli neka nedavna dostignuća u vijestima: istraživači Sveučilišta u Pittsburghu koriste signale snimljene unutar mozga za kontrolu robotske ruke. Istraživači sa Stanforda mogu izvući namjere pokreta paraliziranih pacijenata iz njihovih mozga, omogućujući im bežičnu upotrebu tableta.
Slično tome, neka ograničena virtualna osjetila mogu se poslati natrag u mozak dostavljanjem električne struje unutar mozga ili do moždane površine.
Što je s našim glavnim osjetilima vida i zvuka? Vrlo rane verzije bionskih očiju za ljude s ozbiljnim oštećenjem vida komercijalno su implementirane, a poboljšane verzije trenutno su u fazi ispitivanja na ljudima. S druge strane, kohlearni implantati postali su jedan od najuspješnijih i najraširenijih bionskih implantata - više od 300 000 korisnika širom svijeta koristi implantate kako bi ih čulo.
Dvosmjerno sučelje mozga i računala (BBCI) može istovremeno snimati signale iz mozga i slati informacije natrag u mozak putem stimulacije. (Centar za senzorimotorno neuronsko inženjerstvo (CSNE), CC BY-ND) Najsofisticiraniji BCI su dvosmjerni BCI (BBCI), koji mogu snimiti i stimulirati živčani sustav. U našem centru istražujemo BBCI kao radikalno novo sredstvo za rehabilitaciju moždanog udara i ozljede leđne moždine. Pokazali smo da se BBCI može upotrijebiti za jačanje veza između dviju moždanih regija ili između mozga i leđne moždine te preusmjeravanje informacija oko područja ozljede kako bi se oživio paralizirani ud.
Uz sve ove dosadašnje uspjehe, mogli biste pomisliti da je sučelje mozak i računalo spremno za sljedeći neophodni gadget za potrošače.
Još rani dani
Elektrokortikografska mreža koja se koristi za otkrivanje električnih promjena na površini mozga ispituje se na električne karakteristike. (Centar za senzorimotorno neuronsko inženjerstvo, CC BY-ND) Ali pažljiv pogled na neke od trenutnih demonstracija BCI otkriva da još uvijek moramo krenuti: Kad BCI proizvode pokrete, oni su puno sporiji, manje precizni i manje složeni od onog što sposobni ljudi lako svakodnevno nose sa udovima. Bioničke oči nude vid vrlo male rezolucije; kohlearni implantati mogu elektronički prenositi ograničene govorne informacije, ali narušavati iskustvo glazbe. A da bi sve ove tehnologije funkcionirale, elektrode se moraju kirurški usaditi - što većina ljudi danas ne bi uzimala u obzir.
Nisu svi BCI-i invazivni. Neinvazivni BCI koji ne zahtijevaju operativni zahvat postoje; obično se zasnivaju na električnim (EEG) snimkama s vlasišta, a koriste se za demonstriranje kontrole nad kursorima, invalidskim kolicima, robotskim oružjem, dronovima, humanoidnim robotima, pa čak i komunikacijom od mozga do mozga.
Ali svi su ti demo snimci bili u laboratoriji - gdje su sobe mirne, ispitni subjekti nisu ometani, tehnička podešavanja su dugačka i metodična, a eksperimenti traju samo dovoljno dugo da pokažu da je koncept moguć. Pokazalo se da je vrlo teško učiniti ove sustave brzim i dovoljno robusnim da se mogu koristiti u stvarnom svijetu.
Čak i kod implantiranih elektroda, još jedan problem s pokušajem čitanja umova proizlazi iz strukture našeg mozga. Znamo da svaki neuron i njihove tisuće povezanih susjeda tvore nezamislivo veliku i stalno promjenjivu mrežu. Što bi to moglo značiti za neuroinženjere?
Zamislite da pokušavate razumjeti razgovor velike grupe prijatelja o kompliciranom predmetu, ali dopušteno vam je slušanje samo jedne osobe. Možda ćete moći razabrati vrlo grubu temu o čemu se razgovara, ali definitivno nisu svi detalji i nijanse cijele rasprave. Budući da nam čak i najbolji implantati dopuštaju da slušamo nekoliko malih mrlja mozga odjednom, možemo učiniti neke impresivne stvari, ali nismo ni blizu razumijevanja cjelovitog razgovora.
Tu je i ono na što mislimo kao jezična barijera. Neuroni međusobno komuniciraju putem složene interakcije električnih signala i kemijskih reakcija. Ovaj izvorni elektro-kemijski jezik može se tumačiti električnim krugovima, ali nije lako. Slično tome, kada se mozgu obraćamo električnom stimulacijom, to je s jakim električnim naglaskom. To neuronima otežava razumijevanje onoga što stimulacija pokušava prenijeti usred svih ostalih tekućih neuronskih aktivnosti.
Napokon, postoji problem štete. Tkivo mozga je mekano i fleksibilno, dok je većina naših električno provodljivih materijala - žica koje se spajaju na tkivo mozga - obično vrlo kruta. To znači da implantirana elektronika često uzrokuje ožiljke i imunološku reakciju, što znači da implantati s vremenom gube učinkovitost. Fleksibilna biokompatibilna vlakna i nizovi mogu eventualno pomoći u tom pogledu.
Prilagođavanje, suživot
Unatoč svim tim izazovima, optimistični smo u pogledu naše bionske budućnosti. BCI ne moraju biti savršeni. Mozak je nevjerojatno prilagodljiv i sposoban je naučiti koristiti BCI na sličan način na koji učimo nove vještine poput vožnje automobila ili korištenjem sučelja zaslona osjetljivog na dodir. Slično tome, mozak može naučiti interpretirati nove vrste osjetilnih informacija čak i kada se dostavlja neinvazivno koristeći, na primjer, magnetske impulse.
Konačno, vjerujemo da bi se „prilagođavajući“ dvosmjerni BCI, gdje se elektronika uči s mozgom i neprestano razgovara s mozgom tijekom procesa učenja, mogao pokazati kao neophodan korak u izgradnji neuronskog mosta. Izgradnja takvih prilagodljivih dvosmjernih BCI-ja cilj je našeg centra.
Slično smo uzbuđeni nedavnim uspjesima u ciljanom liječenju bolesti poput dijabetesa pomoću „farmaceutskih lijekova“ - eksperimentalnih malih implantata koji liječe bolest bez lijekova komunicirajući naredbe izravno s unutarnjim organima.
A istraživači su otkrili nove načine prevladavanja električne-biokemijske jezične barijere. Na primjer, ubrizgavanje "neuralne čipke" može se pokazati kao obećavajući način da se postupno omogući da neuroni rastu uz implantirane elektrode umjesto da ih odbace. Fleksibilne sonde koje se temelje na nanowire, fleksibilne neuronske skele i stakleni interfejsi ugljika također mogu omogućiti biološkim i tehnološkim računalima da u budućnosti sretno koegzistiraju u našim tijelima.
Od pomoćnih do augmentativnih
Novi startup Elon Musk Neuralink ima zacrtani krajnji cilj unapređenje ljudi s BCI kako bi se našem mozgu digla noga u kontinuiranoj utrci oružja između ljudske i umjetne inteligencije. Nada se da bi mogućnost povezivanja s našim tehnologijama ljudski mozak mogao poboljšati svoje vlastite mogućnosti - možda nam omogućava da izbjegnemo potencijalnu distopijsku budućnost u kojoj je AI daleko nadmašio prirodne ljudske mogućnosti. Takva se vizija može činiti dalekom ili maštovitom, ali ne bismo trebali odbacivati ideju samo o neobičnosti. Uostalom, automobili koji su se vozili povukli su se u područje znanstvene fantastike još prije desetak i pol - i sada dijele naše ceste.
BCI može varirati u više dimenzija: bilo da se spaja s perifernim živčanim sustavom (živcem) ili središnjim živčanim sustavom (mozgom), bilo da je invazivan ili neinvazivan i pomaže li obnavljanju izgubljene funkcije ili povećava sposobnosti. (James Wu; adaptirano iz Sakuramboa, CC BY-SA) U bliskoj budućnosti, kako se sučelja mozga i računala kreću dalje od obnavljanja funkcija kod osoba s invaliditetom do povećanja sposobnih osoba izvan njihovih ljudskih mogućnosti, moramo biti svjesni mnoštva pitanja koja se odnose na pristanak, privatnost, identitet, agenciju i nejednakost, U našem centru tim filozofa, kliničara i inženjera aktivno radi na rješavanju ovih pitanja etičke, moralne i socijalne pravde i nudi neuroetičke smjernice prije nego što polje napreduje predaleko.
Spajanje mozga izravno s tehnologijom može u konačnici biti prirodno napredovanje načina na koji su se ljudi dopunjavali tehnologijom tijekom vjekova, od korištenja kotača za prevladavanje naših dvopedskih ograničenja do izrade notacija na glinenim pločama i papiru kako bi se povećala naša sjećanja. Kao i današnji kompjuteri, pametni telefoni i slušalice virtualne stvarnosti, nadogradni BCI-i, kada konačno stignu na tržište potrošača, bit će uzbudljivi, frustrirajući, rizični i, istovremeno, puni obećanja.
Ovaj je članak prvotno objavljen u časopisu The Conversation.
James Wu, dr. Sc. Student biotehnike, istraživač u Centru za senzorimotorno neuronsko inženjerstvo, Sveučilište u Washingtonu
Rajesh PN Rao, profesor računarskih znanosti i inženjerstva i direktor Centra za senzorimotorno neuronsko inženjerstvo, Sveučilište u Washingtonu
