Hjernemaskine-grænseflader var engang ting af science fiction. Men teknologien - der muliggør direkte kommunikation mellem en persons eller dyrs hjerne og en ekstern enhed eller en anden hjerne - er nået langt i det sidste årti.
Forskere har udviklet grænseflader, der giver lammede mennesker mulighed for at skrive bogstaver på en skærm, lade en person bevæge en anden hånd med sine tanker og endda gøre det muligt for to rotter at handle tanker - i dette tilfælde viden om, hvordan man løser en bestemt opgave - når de er placeret i laboratorier tusindvis af miles fra hinanden.
Nu har et team ledet af Miguel Nicolelis fra Duke University (forskeren bag rotte-tankehandelsordningen, blandt andre hjernemaskine-grænseflader) skabt en ny opsætning, der tillader aber at kontrollere to virtuelle arme ved blot at tænke på at bevæge deres rigtige arme . De håber, at teknologien, der er afsløret i et papir, der blev offentliggjort i dag i Science Translational Medicine, en dag kunne føre til lignende grænseflader, der tillader lammede mennesker at bevæge robotarme og ben.
Tidligere havde Nicolelis 'team og andre skabt grænseflader, der gjorde det muligt for aber og mennesker at bevæge sig en enkelt arm på lignende måde, men dette er den første teknologi, der lader et dyr bevæge sig flere lemmer samtidig. ”Bimanuelle bevægelser i vores daglige aktiviteter - fra at skrive på et tastatur til at åbne en dåse - er kritisk vigtige, ” sagde Nicolelis i en pressemeddelelse. ”Fremtidige grænseflader mellem hjerne og maskine, der sigter mod at gendanne mobilitet hos mennesker, bliver nødt til at inkorporere flere lemmer for i høj grad at gavne alvorligt lammede patienter.
Ligesom gruppens tidligere grænseflader er den nye teknologi afhængig af ultratynde elektroder, der er kirurgisk indlejret i hjernebarken i aberes hjerner, et område i hjernen, der kontrollerer frivillige bevægelser, blandt andre funktioner. Men i modsætning til mange andre hjernemaskine-grænseflader, der bruger elektroder, der overvåger hjerneaktivitet i bare en håndfuld af neuroner, registrerede Nicolelis 'team aktivitet i næsten 500 hjerneceller fordelt over en række cortexområder i de to rhesus-aber, der var forsøgspersoner til dette studie.
Derefter, i løbet af et par uger, satte de gentagne gange aberne foran en skærm, hvor de så et par virtuelle arme fra et førstepersonsperspektiv. Til at begynde med kontrollerede de hver af armene med joysticks og afsluttede en opgave, hvor de var nødt til at bevæge armene for at dække over bevægende figurer for at modtage en belønning (en smag af juice).
Da dette skete, registrerede elektroderne hjerneaktiviteten i aberne, der korrelerede med de forskellige armbevægelser, og algoritmer analyserede det for at bestemme, hvilke særlige mønstre i neuronaktivering, der var knyttet til, hvilke slags armbevægelser - venstre eller højre, og frem eller tilbage .
Til sidst, når algoritmen nøjagtigt kunne forudsige abens planlagte armbevægelse baseret på hjernemønstrene, blev opsætningen ændret, så joystikkerne ikke længere kontrollerede de virtuelle arme - abernes tanker, som registreret af elektroderne, var i kontrol i stedet. Fra abernes perspektiv havde intet ændret sig, da joysticks stadig blev sat ud foran dem, og kontrollen var baseret på hjernemønstre (specifikt, idet de forestillede sig, at deres egne arme bevægede sig), som de producerede alligevel.
Inden for to uger indså begge aber, at de ikke havde brug for rent faktisk at bevæge deres hænder og manipulere joysticks for at flytte de virtuelle arme - de var kun nødt til at tænke på at gøre det. Med tiden blev de bedre og bedre til at kontrollere de virtuelle arme gennem denne maskine-hjerne-grænseflade og til sidst gøre det lige så effektivt, som de havde flyttet joysticks.
Fremtidige fremskridt i denne form for grænseflade kan være enormt værdifulde for mennesker, der har mistet kontrol over deres egne lemmer på grund af lammelse eller andre årsager. Efterhånden som højteknologiske bioniske lemmer fortsætter med at udvikle sig, kan disse typer grænseflader til sidst være den måde, de vil blive brugt på daglig basis. En person med en rygmarvsskade, for eksempel, kunne lære, hvordan man effektivt forestiller sig at bevæge to arme, så en algoritme kunne fortolke hans eller hendes hjernemønstre for at bevæge to robotarme på den ønskede måde.
Men hjernemaskine-grænseflader kan også en dag betjene en meget bredere befolkning: brugere af smartphones, computere og anden forbrugerteknologi. Virksomheder har allerede udviklet headset, der overvåger dine hjernebølger, så du kan flytte en karakter rundt i et videospil blot ved at tænke over det, i det væsentlige bruge din hjerne som en joystick. I sidste ende ser nogle ingeniører, at grænseflader mellem hjerne og maskine kan gøre det muligt for os at manipulere tabletter og kontrollere bærbar teknologi som Google Glass uden at sige et ord eller røre ved en skærm.
