Zakaj komunikacija med možgani in možgani ni več nepredstavljiva

Telepatija, približno 23. stoletje: Vulkanska ureditev uma, dosežena z dotikom templjev s konicami prstov, je sprejeta tehnika za napredovanje zapleta epizode "Zvezdne poti" z minimalnim dialogom z delitvijo senzoričnih vtisov, spominov in misli med nečloveški liki.

Povezane knjige

Onkraj meja

Nakup

Sorodne vsebine

• Ta poteza genija bi vam lahko omogočila pisanje z možgani

Telepatija, 2015: V Centru za senzorimotorno nevralno inženirstvo Univerze v Washingtonu mlada ženska naredi pokrovček z elektroencefalogramom, polnjen z elektrodami, ki lahko preberejo minutna nihanja napetosti v njenih možganih. Igra igrico in odgovarja na vprašanja, tako da usmeri pogled v eno od dveh strobonskih lučk z oznako "da" in "ne". Lučka "da" utripa 13-krat na sekundo, "ne" ob 12 in razlika je premajhen, da bi ga lahko zaznala, vendar pa je dovolj, da bi računalnik zaznal pri streljanju nevronov v vidni skorji. Če računalnik ugotovi, da gleda v „da“ luč, pošlje signal v sobo v drugi stavbi, kjer sedi druga ženska z magnetno tuljavo, nameščeno za glavo. Signal "da" aktivira magnet, kar povzroči kratke motnje v vidnem polju drugega subjekta, virtualno bliskavico ("fosfen"), ki jo opisuje kot podobno pojavu toplotne strele na obzorju. Na ta način se odgovori prve ženske posredujejo drugi osebi po kampusu in tako bo "Star Trek" ena boljših: izmenjava informacij med dvema možema, ki niti nista na istem mestu.

Skoraj vso človeško zgodovino je bilo znano, da je samo pet naravnih čutov služilo kot pot v možgane, jezik in kretnja pa kot kanali ven. Zdaj raziskovalci kršijo tiste meje uma, premikajo informacije v in zunaj ter v vesolje in čas, manipulirajo z njimi in potencialno izboljšujejo. Ta poskus in drugi so bili "demonstracija za začetek pogovora", pravi raziskovalec Rajesh Rao, ki ga je izvedel skupaj s kolegico Andreo Stocco. Pogovor, ki bo večji del tega stoletja verjetno prevladoval v nevroznanosti, obljublja novo tehnologijo, ki bo dramatično vplivala na način zdravljenja demence, možganske kapi in poškodb hrbtenjače. Govorilo pa se bo tudi o etiki močnih novih orodij za izboljšanje razmišljanja in nenazadnje o sami naravi zavesti in identitete.

Ta nova študija je nastala iz dela Raoa v "vmesnikih med možgani in računalniki", ki predelajo nevronske impulze v signale, ki lahko nadzorujejo zunanje naprave. Uporaba EEG za krmiljenje robota, ki lahko krmira po sobi in pobira predmete - kar sta Rao in njegovi sodelavci dokazala že leta 2008 - je nekega dne za štirikolesnike morda nekaj običajnega.

Robotična okostja s taktilnimi senzorji, ki jih tu drži Miguel Nicolelis, zaznajo spremembe položaja, temperature in tlaka ter te podatke pošljejo možganom. (Paulo Whitaker / Reuters / Corbis) Za neinvazivno spremljanje možganov, Rajesh Rao udeležencem študije prilagaja EEG pokrovčke in doda prevodni gel, tako da lasišče in elektrode naredijo dober stik. (Jose Mandojana) Oprema, ki so jo raziskovalci uporabili pri demonstraciji, je vključevala EEG pokrov, EEG elektrode, kable, kontrolno omarico in ojačevalnik signala. (Jose Mandojana) Opice so v nedavni študiji uporabile svoje možgane za nadzor nad virtualno roko in manipulacijo z virtualnimi predmeti. Električni signali, ki jih napajamo nazaj v možgane, so posnemali občutek dotika. (Nicolelis Lab) Raziskovalci kršijo meje uma, premikajo informacije v in zunaj ter v vesolje in čas. (Jose Mandojana) Raziskovalca z univerze v Washingtonu Rajesh Rao (levo) in Andrew Stocco (desno) sodelujeta v prvi predstavitvi vmesnika med možgani in možgani. (Univerza v Washingtonu)

Po tem, kar Rao pravi, da je bil prvi primer sporočila, poslanega neposredno iz človeških možganov v drugega, je Stoccoja vpisal v pomoč pri igranju osnovne igre "Space Invaders". Medtem ko je ena oseba opazovala napad na zaslonu in komunicirala z uporabo le mislil, da je najboljši trenutek za zagon, je drugi dobil magnetni impulz, zaradi katerega je njegova roka brez zavestnega truda pritisnila gumb na tipkovnici. Po neki vadbi, pravi Rao, so se kar dobro odrezali.

"Lepo, " sem rekel, ko mi je opisal postopek. "Ali ga lahko dobite, da igra klavir?"

Rao je vzdihnil. "Ne z ničimer, kar zdaj uporabljamo."

Na vse, kar je znanost v zadnjih desetletjih proučevala in preslikala možgane, um ostaja črna škatla. Znani esej filozofa iz leta 1974 Thomasa Nagela je vprašal: "Kaj je biti klopa?" In sklenil, da nikoli ne bomo vedeli; druge zavesti - druge osebe, kaj šele pripadnika druge vrste - ni nikoli mogoče razumeti ali dostopati do nje. Torej je Rao in še nekaj drugih odprlo ta vrata majhen razpok, vendar je pomemben dosežek, čeprav je delo večinoma poudarilo, kako velik izziv je, tako konceptualno kot tehnološko.

Računalniška moč in programiranje sta kos izzivu; težava je vmesnik med možgani in računalnikom, predvsem pa tisti, ki gre v smeri od računalnika do možganov. Kako oddate signal desni skupini živčnih celic med ocenjenimi 86 milijardami v človeških možganih? Najučinkovitejši pristop je vsadljeni oddajnik, ki ga je mogoče žično spodbuditi, da spodbudi majhne predele možganov, celo do enega samega nevrona. Takšne naprave se že uporabljajo za "globoko možgansko stimulacijo", tehniko zdravljenja bolnikov s Parkinsonovo in drugimi motnjami z električnimi impulzi. Toda ena stvar je, da izvedete operacijo možganov zaradi neozdravljive bolezni in nekaj drugega, da to storite v okviru eksperimenta, katerega koristi so v najboljšem primeru špekulativne.

Torej je Rao uporabil tehniko, ki ne vključuje odpiranja lobanje, nihajoče magnetno polje, da bi sprožil majhen električni tok v predelu možganov. Zdi se, da je varno - prvi prostovoljec je bil njegov sodelavec, Stocco -, vendar je to surov mehanizem. Najmanjše območje, ki ga je mogoče spodbuditi na ta način, pravi Rao, ni veliko pol palca. To omejuje njegovo uporabo na velike gibalne gibe, na primer s pritiskom na gumb ali preprosto komunikacijo da ali ne.

Zdi se, da drugi način prenašanja informacij, ki se imenuje osredotočen ultrazvok, stimulira možgansko območje, majhno kot zrno riža. Medtem ko medicinske aplikacije za ultrazvok, kot sta slikanje in odstranjevanje tkiv, uporabljajo visoke frekvence, od 800 kilohercev do megahercev, je skupina, ki jo je vodil Harvard radiolog Seung-Schik Yoo, ugotovila, da frekvenca 350 kilohercev deluje dobro in očitno varno, da pošlje signal možganom podgane. Signal je nastal s človeškim prostovoljcem, opremljenim z EEG, ki mu je vzorčil možganske valove; ko se je osredotočil na določen vzorec luči na računalniškem zaslonu, je računalnik podganu poslal ultrazvočni signal, ki je v odgovor premaknil rep. Yoo pravi, da podgana ni pokazala škodljivih učinkov, vendar je varnost osredotočenega ultrazvoka na človeške možgane nedokazana. Del težave je, da za razliko od magnetne stimulacije mehanizem, s katerim ultrazvočni valovi - oblika mehanske energije - ustvarja električni potencial, ni popolnoma razumljen. Ena od možnosti je, da deluje posredno tako, da v celicah možganov "skoči" odprte vezikle ali vrečke in jih preplavi z nevrotransmiterji, kot da pošlje odmerek dopamina na točno pravo območje. Alternativno lahko ultrazvok sproži kavitacijo - mehurčkanje - v celični membrani in spremeni njene električne lastnosti. Yoo sumi, da možgani vsebujejo receptorje za mehansko stimulacijo, vključno z ultrazvokom, ki so jih nevroznanstveniki večinoma spregledali. Takšni receptorji bi na primer pojasnili pojav "videti zvezde" ali utripa svetlobe od udarca v glavo. Če se fokusiran ultrazvok izkaže za varnega in postane izvedljiv pristop k računalniško-možganskemu vmesniku, bi odprl široko paleto neraziskanih - v resnici komajda zamišljenih - možnosti.

Neposredna verbalna komunikacija med posamezniki - bolj sofisticirana različica Raojevega eksperimenta, kjer dva povezana človeka izmenjujeta eksplicitne izjave samo z razmišljanjem - je najbolj očitna uporaba, vendar ni jasno, da vrsta, ki ima jezik, potrebuje tehnološko bolj napreden način, Zamujam, "ali celo" ljubim te. "John Trimper, doktorski kandidat iz psihologije z univerze Emory, ki je pisal o etičnih posledicah vmesnikov med možgani in možgani, razmišlja, da tehnologija, " zlasti prek brezžičnega omrežja Prenosi bi lahko sčasoma vojakom ali policiji ali kriminalcem med operacijami omogočili tiho in prikrito komunikacijo. "To bi bilo v daljni prihodnosti. Doslej je najbolj vsebinsko bogato sporočilo, poslano možganom med možgane, potovalo od teme v Indiji do ene v Strasbourgu v Franciji. Prvo sporočilo, ki ga je skupina, ki temelji na Barceloni, pridno kodirano in dekodirano v binarne simbole, je bilo " hola ". S bolj izpopolnjenim vmesnikom si lahko predstavljamo, recimo, paralizirano žrtev možganske kapi, ki komunicira z negovalcem - ali njegovim psom. Kljub temu, če to, kar pravi: "Prinesi mi časopis", obstajajo ali bodo kmalu sintetizatorji govora - in roboti - to lahko storijo. Kaj pa, če je oseba Stephen Hawking, velik fizik, ki ga je prizadel ALS, ki komunicira z obrazno mišico za tipkanje prvih črk besede? Svet bi gotovo lahko izkoristil neposreden kanal do njegovega uma.

Mogoče še vedno razmišljamo premalo. Morda analogna naravnemu jeziku ni ubijalska aplikacija za vmesnik med možgani in možgani. Namesto tega mora biti nekaj bolj globalnega, bolj ambicioznega - informacije, spretnosti, celo surovi senzorični vložek. Kaj pa, če bi študentje medicine lahko tehniko prenesli neposredno iz možganov najboljšega svetovnega kirurga ali če bi glasbeniki lahko neposredno dostopali do spomina velikega pianista? »Ali obstaja samo en način učenja veščine?« Razmišlja Rao. "Ali lahko obstaja bližnjica in ali je to varanje?" Na drugem koncu sploh ni treba vključiti človeških možganov. To bi bila lahko žival - kaj bi bilo videti svet z vonjem, kot pes - ali z eholokacijo, kot netopir? Lahko pa gre za iskalnik. "Goljufanje na izpitu je, če s pametnim telefonom iščete stvari po internetu, " pravi Rao, "a kaj, če ste že povezani z internetom prek svojih možganov? Vse bolj je merilo uspeha v družbi, kako hitro dostopamo, prebavljamo in uporabljamo informacije, ki so tam zunaj, ne koliko jih lahko zapnete v svoj spomin. Zdaj to počnemo s prsti. Toda ali je kaj narobe, če to počnete samo z razmišljanjem? "

Lahko pa so to tudi vaši možgani, naloženi v določenem trenutku in digitalno ohranjeni za prihodnji dostop. "Recimo, da imaš leta kasneje možgansko kap, " pravi Stocco, katere lastna mama je pri 50-ih letih doživela možgansko kap in nikoli več ni hodila. "Zdaj greš na rehabilitacijo in to je, kot da se znova naučiš hoditi. Recimo, da bi to sposobnost lahko samo prenesli v svoje možgane. Najverjetneje ne bi delovalo brezhibno, vendar bi bil velik napredek pri ponovni pridobitvi te sposobnosti. "

Miguel Nicolelis, kreativni vojvodski nevroznanstvenik in očarljiv predavatelj na vezju TED Talks, pozna vrednost dobre demonstracije. Na svetovnem prvenstvu 2014 je Nicolelis - nogometni ljubitelj nogometnega rojstva - sodeloval z drugimi, da je zgradil robotski eksoskelet, ki ga nadzirajo EEG impulzi, kar bi mlademu paraplegiku omogočilo, da poda prvi slovesni udarec. Velik del njegovega dela je zdaj na področju komunikacije med možgani in možgani, zlasti pri visoko ezoteričnih tehnikah povezovanja umov, da skupaj delajo na neki težavi. Umi niso človeški, zato lahko uporablja elektronske vsadke z vsemi prednostmi, ki jih prinaša.

Eden njegovih najbolj presenetljivih poskusov je vključeval par laboratorijskih podgan, ki so se skupaj učili in se gibali sinhrono, ko so komunicirali prek možganskih signalov. Podgane so trenirali v zaprtem prostoru z dvema ročicama in lučjo nad vsako. Utripala bi leva ali desna luč in podgane so se naučile pritisniti na ustrezen vzvod, da bi prejele nagrado. Nato so bili ločeni in vsaka je opremljena z elektrodami do motorične skorje, povezana z računalniki, ki so vzorčevali možganske impulze iz ene podgane ("kodirnik"), drugi pa poslali signal ("dekoder"). Podgana „dajalnik“ bi videla eno svetlobno bliskavico - recimo levo - in pritisnila levi ročico za svojo nagrado; v drugem oknu bi utripale obe luči, tako da "dekoder" ne bi vedel, katero ročico potisniti - toda ko bi prejel signal prvega podgana, bi šel tudi na levo.

Nicolelis je tej demonstraciji dodal pameten preobrat. Ko se je podgana za dekoder pravilno odločila, je bil nagrajen in dajalnik je dobil tudi drugo nagrado. To je služilo krepitvi in ​​krepitvi (nezavednih) nevronskih procesov, ki so jih vzorčili v njegovih možganih. Kot rezultat tega sta obe podgani postali bolj natančni in hitrejši v svojih odzivih - "par medsebojno povezanih možganov ... prenašanje informacij in sodelovanje v realnem času." V drugi študiji je povezal tri opice za nadzor nad virtualno roko; vsak bi ga lahko premikal v eni dimenziji, in ko so gledali zaslon, so se naučili delati skupaj, da so ga manipulirali na pravilno lokacijo. Pravi, da si lahko zamisli, da bo s to tehnologijo pomagal žrtvi možganske kapi, da si povrne določene sposobnosti, tako da svoje možgane poveže z zdravo prostovoljko in postopoma prilagaja deleže vnosa, dokler bolnikovi možgani ne opravijo vsega dela. In verjame, da bi to načelo lahko razširili v nedogled, da bi na milijone možganov lahko sodelovali v "biološkem računalniku", ki je reševal vprašanja, ki jih ni mogoče postaviti ali odgovoriti v binarni obliki. To mrežo možganov lahko vprašate za smisel življenja - morda ne boste dobili dobrega odgovora, toda za razliko od digitalnega računalnika bi vprašanje vsaj razumeli. Hkrati Nicolelis kritizira prizadevanja za posnemanje uma v digitalnem računalniku, ne glede na to, kako močan je, saj pravi, da so "lažni in zapravljajo milijarde dolarjev." Možgani delujejo po različnih načelih in modelirajo svet po analogiji . Če želite to prenesti, predlaga nov koncept, ki ga imenuje "gödelovske informacije", po matematiku Kurtu Gödelu; gre za analogno predstavitev resničnosti, ki je ni mogoče reducirati na bajte in je ni mogoče nikoli zajeti z zemljevidom povezav med nevroni ("Naloži svoj um", glej spodaj). "Računalnik ne ustvarja znanja, ne izvaja samopregledovanja, " pravi. "Vsebina podgan, opic ali človeških možganov je veliko bogatejša, kot bi jo lahko kdajkoli simulirali z binarnimi procesi."

Najnovejša raziskava vključuje dejanske proteze možganov. Na Univerzi v Južni Kaliforniji Theodore Berger razvija protezo na hipokampusu, ki temelji na mikročipu, delu možganskih sesalcev, ki kratkoročne vtise predela v dolgoročne spomine. Vstopi v nevrone na vhodni strani, vodi signal s programom, ki posnema transformacije, ki jih hipokampus običajno izvaja, in ga pošlje nazaj v možgane. Drugi so uporabili Bergerjevo tehniko za pošiljanje spomina na naučeno vedenje od ene podgane do druge; druga podgana se je nato naloge naučila v veliko manj časa kot običajno. Seveda je to delo potekalo samo na podganah, a ker je degeneracija hipokampusa eden od značilnosti demence pri ljudeh, naj bi bil potencial teh raziskav ogromen.

Glede na obsežne trditve o prihodnjem potencialu komunikacije med možgani in možgani je koristno našteti nekaj stvari, za katere ni treba trditi. Prvič, ni nobene posledice, da bi ljudje imeli kakršno koli obliko naravne (ali nadnaravne) telepatije; napetosti, ki utripajo znotraj vaše lobanje, niso dovolj močne, da bi jih drugi možgani prebrali brez elektronskih izboljšav. Prav tako se signali (s katero koli tehnologijo, ki jo posedujemo ali predvidevamo) ne morejo oddajati ali sprejemati navidezno ali na daljavo. Delovanje vašega uma je varno, razen če nekomu drugemu ne daste ključa s prijavo na implantat ali EEG. Vendar pa še ni prezgodaj, da bi začeli razmišljati o etičnih posledicah prihodnjega razvoja, kot je sposobnost vsaditve misli drugim ali nadzor nad njihovim vedenjem (na primer zaporniki) z uporabo naprav, zasnovanih za te namene. "Tehnologija v tem trenutku prehiteva etični diskurz, " pravi Emory's Trimper, "in tam se stvari zatikajo." Upoštevajte, da je velik del možganskega prometa v teh poskusih - in zagotovo kaj takega, kot je Nicolelisova vizija sto ali tisoč možganov sodelovanje - vključuje komunikacijo po internetu. Če vas zdaj skrbi, da bi nekdo zlomil podatke o vaši kreditni kartici, kako bi se počutili ob pošiljanju vsebine svojega uma v oblak? Vendar obstaja še ena skladba, na kateri se preučuje komunikacija med možgani in možgani. Uri Hasson, Princetonski nevroznanstvenik, uporablja funkcionalno slikanje z magnetno resonanco, da raziskuje, kako eni možgani vplivajo na drugega, kako so povezani v zapletenem plesu namigov in povratnih zank. Osredotoča se na komunikacijsko tehniko, za katero meni, da je veliko boljši od EEG-jev, ki se uporabljajo pri transkranialni magnetni stimulaciji, je neinvaziven in varen ter ne potrebuje internetne povezave. Seveda je to jezik.