DARPA: Finanzierung tragbarer Gehirn-Maschinen-Schnittstellen

DARPABild: DARPA
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Die Technokraten von DARPA wollen eine nicht-chirurgische Schnittstelle zwischen Gehirn und Maschine als Kraftmultiplikator für Soldaten schaffen. Für die Forschung sind von der Verwaltung „Ausnahmen für Untersuchungsgeräte“ erforderlich. ⁃ TN Editor

DARPA hat sechs Organisationen mit Finanzmitteln zur Unterstützung der Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (N3) Programm, erstmals angekündigt im März 2018. Das Battelle Memorial Institute, die Carnegie Mellon University, das Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University, das Palo Alto Research Center (PARC), die Rice University und Teledyne Scientific entwickeln in multidisziplinären Teams hochauflösende, bidirektionale Schnittstellen zwischen Gehirn und Maschine für Körperbehinderte Service-Mitglieder. Diese tragbaren Schnittstellen könnten letztendlich verschiedene nationale Sicherheitsanwendungen ermöglichen, wie die Steuerung von aktiven Cyber-Abwehrsystemen und Schwärmen unbemannter Luftfahrzeuge oder die Zusammenarbeit mit Computersystemen, um bei komplexen Missionen Multitasks auszuführen.

"DARPA bereitet sich auf eine Zukunft vor, in der eine Kombination aus unbemannten Systemen, künstlicher Intelligenz und Cyber-Operationen dazu führen kann, dass Konflikte auf Zeitplänen auftreten, die für den Menschen zu kurz sind, um mit der aktuellen Technologie allein effektiv umzugehen", sagte Dr. Al Emondi, der N3 Progamm Manager. "Durch die Schaffung einer zugänglicheren Schnittstelle zwischen Gehirn und Maschine, für deren Verwendung keine Operation erforderlich ist, könnte DARPA Tools bereitstellen, mit denen Missionskommandeure bei dynamischen Operationen, die sich mit hoher Geschwindigkeit abwickeln, sinnvoll beteiligt bleiben können."

In den letzten 18-Jahren hat DARPA immer ausgefeiltere Neurotechnologien demonstriert, bei denen chirurgisch implantierte Elektroden als Schnittstelle zum zentralen oder peripheren Nervensystem eingesetzt werden. Die Agentur hat Leistungen erbracht wie neuronale Kontrolle der Prothesen und Wiederherstellung des Tastsinns an die Benutzer dieser Gliedmaßen, Linderung sonst schwer zu behandelnder neuropsychiatrischer Erkrankungen wie Depressionen und Verbesserung der Gedächtnisbildung und Erinnerung. Aufgrund der mit Operationen verbundenen Risiken waren diese Technologien bisher auf Freiwillige mit klinischem Bedarf beschränkt.

Damit die in erster Linie leistungsfähige Bevölkerung des Militärs von der Neurotechnologie profitieren kann, sind nicht-chirurgische Schnittstellen erforderlich. Tatsächlich könnte eine ähnliche Technologie jedoch auch für die klinische Bevölkerung von großem Nutzen sein. Durch den Verzicht auf chirurgische Eingriffe möchten die N3-Systeme den Patientenpool erweitern, der Zugang zu Behandlungen wie der Tiefenhirnstimulation hat, um neurologische Erkrankungen zu behandeln.

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N3 Die Teams verfolgen eine Reihe von Ansätzen, bei denen Optik, Akustik und Elektromagnetik verwendet werden, um neuronale Aktivitäten aufzuzeichnen und / oder Signale mit hoher Geschwindigkeit und Auflösung an das Gehirn zurückzusenden. Die Recherche ist auf zwei Tracks aufgeteilt. Die Teams verfolgen entweder vollständig nicht-invasive Schnittstellen, die sich vollständig außerhalb des Körpers befinden, oder minutiös invasive Schnittstellensysteme, die Nanotransducer enthalten, die vorübergehend und nicht-chirurgisch an das Gehirn abgegeben werden können, um die Signalauflösung zu verbessern.

  • Das Battelle-Team unter der Leitung des Hauptforschers Dr. Gaurav Sharma hat sich zum Ziel gesetzt, ein minimalinvasives Schnittstellensystem zu entwickeln, das einen externen Transceiver mit elektromagnetischen Nanotransducern kombiniert, die nicht chirurgisch an interessierende Neuronen abgegeben werden. Die Nanotransducer wandeln elektrische Signale von den Neuronen in magnetische Signale um, die vom externen Transceiver aufgezeichnet und verarbeitet werden können, und umgekehrt, um eine bidirektionale Kommunikation zu ermöglichen.
  • Das Team der Carnegie Mellon University unter der Leitung von Dr. Pulkit Grover hat sich zum Ziel gesetzt, ein vollständig nichtinvasives Gerät zu entwickeln, das mithilfe eines akustooptischen Ansatzes Daten aus dem Gehirn aufzeichnet und elektrische Felder stört, um auf bestimmte Neuronen zu schreiben. Das Team wird Ultraschallwellen verwenden, um Licht in das und aus dem Gehirn zu leiten, um neuronale Aktivität zu erkennen. Der Schreibansatz des Teams nutzt die nichtlineare Reaktion von Neuronen auf elektrische Felder, um eine lokalisierte Stimulation bestimmter Zelltypen zu ermöglichen.
  • Das Team des John Hopkins University Applied Physics Laboratory unter der Leitung von Dr. David Blodgett hat sich zum Ziel gesetzt, ein vollständig nichtinvasives, kohärentes optisches System für die Aufzeichnung aus dem Gehirn zu entwickeln. Das System misst direkt Änderungen der optischen Weglänge in neuronalem Gewebe, die mit der neuronalen Aktivität korrelieren.
  • Das PARC-Team unter der Leitung des Hauptforschers Dr. Krishnan Thyagarajan hat sich zum Ziel gesetzt, ein vollständig nicht-invasives akustomagnetisches Gerät zum Schreiben an das Gehirn zu entwickeln. Ihr Ansatz kombiniert Ultraschallwellen mit Magnetfeldern, um lokalisierte elektrische Ströme für die Neuromodulation zu erzeugen. Der Hybridansatz bietet das Potenzial für eine lokalisierte Neuromodulation tiefer im Gehirn.
  • Das Team der Rice University unter der Leitung von Hauptforscher Dr. Jacob Robinson hat sich zum Ziel gesetzt, ein äußerst invasives, bidirektionales System für die Aufzeichnung von und das Schreiben in das Gehirn zu entwickeln. Für die Aufzeichnungsfunktion verwendet die Schnittstelle die diffuse optische Tomographie, um die neuronale Aktivität durch Messung der Lichtstreuung in neuronalem Gewebe abzuleiten. Um die Schreibfunktion zu aktivieren, wird das Team einen magnetogenetischen Ansatz verwenden, um Neuronen für Magnetfelder empfindlich zu machen.
  • Das Teledyne-Team unter der Leitung von Hauptforscher Dr. Patrick Connolly hat sich zum Ziel gesetzt, ein vollständig nichtinvasives, integriertes Gerät zu entwickeln, das mikrooptisch gepumpte Magnetometer verwendet, um kleine, lokalisierte Magnetfelder zu erfassen, die mit der neuronalen Aktivität korrelieren. Das Team wird fokussierten Ultraschall zum Schreiben an Neuronen verwenden.

Während des gesamten Programms wird die Forschung von Erkenntnissen profitieren, die von unabhängigen juristischen und ethischen Experten geliefert wurden, die sich bereit erklärt haben, Erkenntnisse über N zu liefern3 Fortschritte machen und mögliche zukünftige militärische und zivile Anwendungen und Auswirkungen der Technologie berücksichtigen. Darüber hinaus arbeiten die Aufsichtsbehörden des Bundes mit der DARPA zusammen, um den Teams ein besseres Verständnis der Freigabe zur Verwendung durch den Menschen zu ermöglichen, während die Forschung in Gang kommt. Im weiteren Verlauf der Arbeiten werden diese Aufsichtsbehörden als Leitfaden für Strategien zur Einreichung von Anträgen auf Ausnahmegenehmigungen für Prüfpräparate und neue Prüfpräparate dienen, um Versuche an Menschen mit N zu ermöglichen3 Systeme in der letzten Phase des Vierjahresprogramms.

„Wenn N3 Wenn dies erfolgreich ist, werden wir tragbare neuronale Schnittstellensysteme haben, die mit dem Gehirn aus einer Entfernung von nur wenigen Millimetern kommunizieren können und die die Neurotechnologie über die Klinik hinaus in die praktische Anwendung für die nationale Sicherheit bringen “, sagte Emondi. "So wie die Servicemitglieder zur Vorbereitung auf eine Mission Schutz- und Taktikausrüstung anlegen, könnten sie in Zukunft ein Headset mit einer neuronalen Schnittstelle aufsetzen, die Technologie nach Bedarf verwenden und das Tool nach Abschluss der Mission zur Seite legen."

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