DARPA, der Forschungszweig des Verteidigungsministeriums, bezahlt Wissenschaftler dafür, Wege zu finden, um die Gedanken von Soldaten mithilfe von Werkzeugen wie Gentechnik des menschlichen Gehirns, Nanotechnologie und Infrarotstrahlen sofort zu lesen. Das Endziel? Gedankengesteuerte Waffen, wie Drohnenschwärme, die jemand mit einem einzigen Gedanken in den Himmel schickt oder die Fähigkeit, Bilder von einem Gehirn zum anderen zu strahlen.
Diese Woche gab DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) bekannt, dass sechs Teams im Rahmen des Nonsurgical Neurotechnology (N3) -Programms der nächsten Generation finanziell unterstützt werden. Die Teilnehmer haben die Aufgabe, Technologien zu entwickeln, die einen bidirektionalen Kanal für eine schnelle und nahtlose Kommunikation zwischen dem menschlichen Gehirn und den Maschinen bieten, ohne dass eine Operation erforderlich ist.
"Stellen Sie sich jemanden vor, der eine Drohne bedient oder der möglicherweise viele Daten analysiert", sagte Jacob Robinson, Assistenzprofessor für Bioingenieurwesen an der Rice University, der eines der Teams leitet.
"Es gibt diese Latenz, bei der ich, wenn ich mit meiner Maschine kommunizieren möchte, ein Signal von meinem Gehirn senden muss, um meine Finger oder meinen Mund zu bewegen, um einen verbalen Befehl zu erteilen, und dies begrenzt die Geschwindigkeit, mit der ich mit beiden interagieren kann ein Cybersystem oder ein physisches System. Der Gedanke ist also, dass wir vielleicht diese Interaktionsgeschwindigkeit verbessern könnten. "
Dies könnte von entscheidender Bedeutung sein, da intelligente Maschinen und eine Flutwelle von Daten den Menschen zu überwältigen drohen und letztendlich sowohl in militärischen als auch in zivilen Bereichen Anwendung finden könnten, sagte Robinson.
Gedankenkontrolle vorantreiben
Während es Durchbrüche in unserer Fähigkeit gab, Informationen zu lesen und sogar in das Gehirn zu schreiben, beruhten diese Fortschritte im Allgemeinen auf Gehirnimplantaten bei Patienten, die es Ärzten ermöglichten, Zustände wie Epilepsie zu überwachen.
Eine Gehirnoperation ist jedoch zu riskant, um solche Schnittstellen bei Menschen mit Behinderung zu rechtfertigen. Derzeitige externe Ansätze zur Überwachung des Gehirns wie die Elektroenzephalographie (EEG), bei denen Elektroden direkt an der Kopfhaut angebracht werden, sind zu ungenau. Daher versucht DARPA, einen Durchbruch bei nichtinvasiven oder minimalinvasiven Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCIs) zu erzielen.
Die Agentur ist an Systemen interessiert, die innerhalb von vier Jahren an 16 unabhängigen Orten in einem Stück Erbsen von der Größe einer Erbse mit einer Verzögerung von nicht mehr als 50 Millisekunden lesen und schreiben können, sagte Robinson, der sich keine Illusionen über das Ausmaß von macht Die Herausforderung.
"Wenn Sie versuchen, die Gehirnaktivität durch den Schädel zu erfassen, ist es schwer zu wissen, woher die Signale kommen und wann und wo die Signale erzeugt werden", sagte er gegenüber Live Science. "Die große Herausforderung besteht also darin, die absoluten Grenzen unserer Auflösung sowohl räumlich als auch zeitlich zu überschreiten."
Genetische Veränderung des menschlichen Gehirns
Zu diesem Zweck plant Robinsons Team, Viren zu verwenden, die so modifiziert sind, dass sie genetisches Material in Zellen - sogenannte virale Vektoren - abgeben, um DNA in bestimmte Neuronen einzufügen, die sie dazu bringen, zwei Arten von Proteinen zu produzieren.
Die erste Art von Protein absorbiert Licht, wenn ein Neuron feuert, wodurch es möglich wird, neuronale Aktivität zu erfassen. Ein externes Headset sendet einen Infrarotlichtstrahl aus, der durch den Schädel in das Gehirn gelangen kann. Am Headset angebrachte Detektoren messen dann das winzige Signal, das vom Gehirngewebe reflektiert wird, um ein Bild des Gehirns zu erstellen. Aufgrund des Proteins erscheinen die Zielbereiche dunkler (absorbierendes Licht), wenn Neuronen feuern, wodurch ein Messwert der Gehirnaktivität generiert wird, mit dem ermittelt werden kann, was die Person sieht, hört oder zu tun versucht.
Das zweite Protein bindet an magnetische Nanopartikel, sodass die Neuronen magnetisch zum Feuern angeregt werden können, wenn das Headset ein Magnetfeld erzeugt. Dies könnte verwendet werden, um Neuronen zu stimulieren, um ein Bild oder einen Ton im Geist des Patienten zu induzieren. Als Proof of Concept plant die Gruppe, das System zu verwenden, um Bilder vom visuellen Kortex einer Person zu dem einer anderen Person zu übertragen.
"In der Lage zu sein, sensorische Erfahrungen zu dekodieren oder zu kodieren, verstehen wir relativ gut", sagte Robinson. "Ich denke, wir sind auf dem neuesten Stand der Wissenschaft, wenn wir die Technologie dazu hätten."
Mit Drohnen sprechen
Eine Gruppe des gemeinnützigen Forschungsinstituts Battelle stellt sich einer ehrgeizigeren Herausforderung. Die Gruppe möchte, dass Menschen mehrere Drohnen allein mit ihren Gedanken steuern, während Feedback zu Dingen wie Beschleunigung und Position direkt an das Gehirn geht.
"Joysticks und Computercursor sind mehr oder weniger Einweggeräte", sagte der leitende Wissenschaftler Gaurav Sharma, der das Team leitet. "Aber jetzt denken wir an eine Person, die mehrere Drohnen steuert. Und das in beide Richtungen. Wenn sich die Drohne also nach links bewegt, erhalten Sie ein sensorisches Signal zurück in Ihr Gehirn, das Ihnen sagt, dass sie sich nach links bewegt."
Der Plan der Gruppe basiert auf speziell entwickelten Nanopartikeln mit Magnetkernen und piezoelektrischen Außenschalen, was bedeutet, dass die Schalen mechanische Energie in elektrische umwandeln können und umgekehrt. Die Partikel werden injiziert oder nasal verabreicht, und Magnetfelder führen sie zu bestimmten Neuronen.
Wenn ein speziell entwickeltes Headset ein Magnetfeld an die Zielneuronen anlegt, bewegt sich der Magnetkern und übt eine Belastung auf die Außenhülle aus, um einen elektrischen Impuls zu erzeugen, der das Neuron zum Feuern bringt. Der Prozess funktioniert auch umgekehrt, wobei elektrische Impulse von feuernden Neuronen in winzige Magnetfelder umgewandelt werden, die von Detektoren im Headset aufgenommen werden.
Es wird nicht einfach sein, diesen Prozess in die Steuerung von Drohnen zu übersetzen, gibt Sharma zu, aber er freut sich über die Herausforderung, die DARPA gestellt hat. "Das Gehirn ist die letzte Grenze in der Medizin", sagte er. "Wir verstehen so wenig davon, was es sehr spannend macht, auf diesem Gebiet zu forschen."
