DARPA заказало разработку мозговых имплантатов высокого разрешения для интерфейса «мозг-компьютер»

Иллюстрация: Paradromics

Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) заключило шесть контрактов ^[1] на разработку нейроинтерфейсов по программе Neural Engineering System Design (NESD) ^[2]. Эта программа ставит целью «значительно улучшить возможности для исследований нейротехнологий и обеспечить основу для новых методов лечения».

На практике DARPA стремится разработать имплантируемый нейроинтерфейс, который обеспечит «беспрецедентные разрешение сигнала и скорость передачи данных между человеческим мозгом ^[3] и цифровым миром». В техзадании указано, что интерфейс должен работать как конвертор-переводчик, преобразуя электрохимические сигналы мозга ^[3] в цифровой код (нули и единицы), который используется в информатике. И выполнять обратное преобразование для записи данных в мозг ^[3]. Цель — коммуникационное устройство для интерфейса «мозг-компьютер» объёмом не более 1 см³.

Контракты заключены с пятью научно-исследовательскими организациями и одной коммерческой компанией:

• Университет Брауна ^[4]. Декодирование нейронной обработки речи с акцентом на тон и вокализацию. Интерфейс состоит из 100 00 сенсоров (neurograin), имплантируемых на поверхность или внутрь коры головного мозга ^[3]. Отдельный радиомодуль обеспечивает питание имплантата и служит хабом для передачи данных в центр управления и из центра. Там, в свою очередь, выполняется транскодирование и обработка нейронных и цифровых сигналов.
• Колумбийский университет ^[5]. Биоэлектрический интерфейс в зрительной коре с помощью гибкой микросхемы КМОП со встроенным массивом электродов. На голове человека монтируется рентрансляционная стация для передачи сигнала и беспроводной передачи энергии на имплантат.
• Fondation Voir et Entendre ^[6] (Фонд зрения и слуха). Интерфейс оптогенетической коммуникации между нейронами зрительной коры и искусственной ретиной высокого разрешения с видеокамерой, которая устанавливается на место глаза.
• Лаборатория Джона Б. Пирса ^[7]. Изучение зрения. Интерфейс для коммуникации с модифицированными нейронами, способными к биолюминисценции и реагирующими на оптогенетическую стимуляцию.
• Калифорнийский университет в Беркли ^[8]. Голографический микроскоп «светового поля», который способен записывать и модулировать активность до 1 миллиона нейронов коры головного мозга ^[3]. Попытка создать модели кодирования для предсказания реакции нейронов на внешнюю визуальную и тактильную стимуляцию, а затем применить эти шаблоны для восстановления зрения у слепых пациентов или управления искусственными протезами с помощью мысленных команд.
• Paradromics, Inc. ^[9] Высокоскоростной интерфейс к коре головного мозга ^[3] через решётку проникающих микропроводов для стимуляции отдельных нейронов и снятия информации с них в высоком разрешении. Предполагается, что имплантат поможет восстановить речевые функции.

Диаметр каждого микропровода Paradromics менее 20 мкм

«Сегодня лучшие системы с интерфейсом „мозг-компьютер” похожи на два суперкомпьютера, которые пытаются общаться на скорости 300 бод, — говорит Филипп Альвельда (Phillip Alvelda), менеджер программы NESD. — Представьте, какие перспективы откроются, если мы обновим наши инструменты и действительно откроем канал между человеческим мозгом ^[3] и современной электроникой».

Среди самых очевидных применений нового интерфейса — компенсация информации для людей с нарушениями слуха и зрения. Они смогут получать необходимую картинку и звук прямо в мозг ^[3], а её разрешение теоретически может превосходить возможности натурального человеческого зрения и слуха (например, данные для передачи можно брать со направленных микрофонов, инфракрасных камер и тепловизоров). Вероятно, такие интерфейсы найдут применение и в военном деле.

На сегодняшний день лучшие нейроинтерфейсы собирают информацию всего лишь по 100 каналам, каждый из которых объединяет информацию с десятков тысяч нейронов одновременно. В результате получается размытая и зашумлённая картинка с низким разрешением, которая не даёт возможности чётко восстановить отдельные мысли и образы из мозга ^[3]. В отличие от них, программа NESD нацелена на создание нейроинтерфейсов высокого разрешения, которые позволят считывать и записывать данные чётко и точно с каждого из 1 млн отдельных нейронов.

Хотя задача считывать данные с 1 млн нейронов в отдельности выглядит фантастичной, но это количество представляет лишь крохотную долю от 86 млрд нейронов, из которых состоит мозг ^[3] человека. Так что это лишь первый шаг к разгадке тайн человеческого мышления ^[3].

DARPA планирует выделить на исследования $65 млн в течение четырёх лет. В первый год разработчики сосредоточатся на концептуальных инновациях в области аппаратного и программного обеспечения, а также будут проводить опыты на животных и культивируемых клетках. На второй этапе начнутся базовые исследования, работа по миниатюризации компонентов и интеграции, а также сотрудничество с FDA по поводу регулирования новых технологий.

Разработчикам предстоит преодолеть ряд технических препятствий, но указанным шести группам удалось сформулировать свои планы и убедить DARPA, что их реально реализовать.

Автор: alizar

Источник ^[10]