Net zoals de oude Grieken fantaseerden over een stijgende vlucht, dromen de verbeelding van vandaag over het samensmelten van gedachten en machines als een remedie voor het vervelende probleem van menselijke sterfte. Kan de geest rechtstreeks verbinding maken met kunstmatige intelligentie, robots en andere geesten door middel van Brain-Computer Interface (BCI) -technologieën om onze menselijke beperkingen te overstijgen?
gerelateerde inhoud
- Hoe Amerika's eerste rekenmachine is verbonden met 'Naked Lunch'
In de afgelopen 50 jaar hebben onderzoekers van universitaire laboratoria en bedrijven over de hele wereld indrukwekkende vooruitgang geboekt in de richting van een dergelijke visie. Onlangs hebben succesvolle ondernemers zoals Elon Musk (Neuralink) en Bryan Johnson (Kernel) nieuwe startups aangekondigd die proberen de menselijke capaciteiten te verbeteren door middel van hersen-computer-interfaces.
Hoe dicht zijn we echt bij het succesvol verbinden van onze hersenen met onze technologieën? En wat kunnen de implicaties zijn als onze geest is aangesloten?
Oorsprong: revalidatie en restauratie
Eb Fetz, een onderzoeker hier bij het Centre for Sensorimotor Neural Engineering (CSNE), is een van de eerste pioniers om machines met de geest te verbinden. In 1969, voordat er zelfs personal computers waren, liet hij zien dat apen hun hersensignalen kunnen versterken om een naald te besturen die op een wijzerplaat beweegt.
Veel van het recente werk aan BCI's is gericht op het verbeteren van de kwaliteit van leven van mensen die verlamd zijn of ernstige motorische handicaps hebben. Je hebt misschien enkele recente prestaties in het nieuws gezien: onderzoekers van de Universiteit van Pittsburgh gebruiken signalen die in de hersenen zijn geregistreerd om een robotarm te besturen. Stanford-onderzoekers kunnen de bewegingsintenties van verlamde patiënten uit hun hersensignalen halen, zodat ze draadloos een tablet kunnen gebruiken.
Evenzo kunnen sommige beperkte virtuele sensaties worden teruggestuurd naar de hersenen, door elektrische stroom in de hersenen of naar het oppervlak van de hersenen te leveren.
Hoe zit het met onze belangrijkste zintuigen van zicht en geluid? Zeer vroege versies van bionische ogen voor mensen met ernstig gezichtsvermogen zijn commercieel toegepast en verbeterde versies ondergaan momenteel menselijke proeven. Cochleaire implantaten zijn daarentegen een van de meest succesvolle en meest voorkomende bionische implantaten geworden - meer dan 300.000 gebruikers over de hele wereld gebruiken de implantaten om te horen.
Een bidirectionele hersen-computerinterface (BBCI) kan signalen van de hersenen opnemen en via stimulatie informatie terugsturen naar de hersenen. (Centrum voor sensorimotor neurale engineering (CSNE), CC BY-ND) De meest geavanceerde BCI's zijn "bidirectionele" BCI's (BBCI's), die zowel het zenuwstelsel kunnen opnemen als stimuleren. In ons centrum onderzoeken we BBCI's als een radicaal nieuw revalidatie-instrument voor beroerte en ruggenmergletsel. We hebben aangetoond dat een BBCI kan worden gebruikt om verbindingen tussen twee hersengebieden of tussen de hersenen en het ruggenmerg te versterken en informatie om een verwondingsgebied te leiden om een verlamd ledemaat te reanimeren.
Met al deze successen tot nu toe, zou je kunnen denken dat een hersen-computerinterface de volgende must-have consumentengadget is.
Nog vroege dagen
Een elektrocorticografisch raster, dat wordt gebruikt voor het detecteren van elektrische veranderingen op het oppervlak van de hersenen, wordt getest op elektrische kenmerken. (Centrum voor sensorimotor neurale engineering, CC BY-ND) Maar een zorgvuldige blik op enkele van de huidige BCI-demonstraties onthult dat we nog een weg te gaan hebben: wanneer BCI's bewegingen produceren, zijn ze veel langzamer, minder nauwkeurig en minder complex dan wat valide mensen elke dag gemakkelijk doen met hun ledematen. Bionische ogen bieden een zeer lage resolutie visie; cochleaire implantaten kunnen elektronisch beperkte spraakinformatie bevatten, maar kunnen de ervaring van muziek verstoren. En om al deze technologieën te laten werken, moeten elektroden chirurgisch worden geïmplanteerd - een vooruitzicht dat de meeste mensen vandaag de dag niet zouden overwegen.
Niet alle BCI's zijn echter invasief. Er bestaan niet-invasieve BCI's die geen operatie vereisen; ze zijn meestal gebaseerd op elektrische (EEG) opnames van de hoofdhuid en zijn gebruikt om de controle over cursors, rolstoelen, robotarmen, drones, humanoïde robots en zelfs hersen-op-hersencommunicatie aan te tonen.
Maar al deze demo's hebben in het laboratorium plaatsgevonden - waar de ruimtes stil zijn, de proefpersonen niet worden afgeleid, de technische opstelling lang en methodisch is en experimenten lang genoeg duren om aan te tonen dat een concept mogelijk is. Het is erg moeilijk gebleken om deze systemen snel en robuust genoeg te maken om praktisch bruikbaar te zijn in de echte wereld.
Zelfs met geïmplanteerde elektroden ontstaat een ander probleem met het proberen lezen van gedachten door de structuur van onze hersenen. We weten dat elk neuron en hun duizenden verbonden buren een onvoorstelbaar groot en steeds veranderend netwerk vormen. Wat zou dit kunnen betekenen voor neuroengineers?
Stel je voor dat je een gesprek probeert te begrijpen tussen een grote groep vrienden over een gecompliceerd onderwerp, maar je mag naar slechts één persoon luisteren. Je kunt misschien het zeer ruwe onderwerp achterhalen waar het gesprek over gaat, maar zeker niet alle details en nuances van de hele discussie. Omdat zelfs onze beste implantaten ons alleen toelaten om naar een paar kleine stukjes van de hersenen tegelijk te luisteren, kunnen we een aantal indrukwekkende dingen doen, maar we begrijpen lang niet het volledige gesprek.
Er is ook wat wij beschouwen als een taalbarrière. Neuronen communiceren met elkaar via een complexe interactie van elektrische signalen en chemische reacties. Deze native elektrochemische taal kan worden geïnterpreteerd met elektrische circuits, maar het is niet eenvoudig. Op dezelfde manier, als we terug spreken tot de hersenen met behulp van elektrische stimulatie, is dit met een zwaar elektrisch "accent". Dit maakt het moeilijk voor neuronen om te begrijpen wat de stimulatie probeert over te brengen temidden van alle andere lopende neurale activiteit.
Ten slotte is er het probleem van schade. Hersenweefsel is zacht en flexibel, terwijl de meeste van onze elektrisch geleidende materialen - de draden die op hersenweefsel aansluiten - de neiging hebben zeer rigide te zijn. Dit betekent dat geïmplanteerde elektronica vaak littekens en immuunreacties veroorzaakt, wat betekent dat de implantaten na verloop van tijd hun effectiviteit verliezen. Flexibele biocompatibele vezels en arrays kunnen uiteindelijk helpen in dit verband.
Co-aanpassing, samenwonen
Ondanks al deze uitdagingen zijn we optimistisch over onze bionische toekomst. BCI's hoeven niet perfect te zijn. Het brein is verbazingwekkend adaptief en in staat om BCI's te leren gebruiken op een manier vergelijkbaar met hoe we nieuwe vaardigheden leren, zoals autorijden of een touchscreeninterface gebruiken. Op dezelfde manier kunnen de hersenen nieuwe soorten sensorische informatie leren interpreteren, zelfs wanneer deze niet-invasief wordt afgeleverd, bijvoorbeeld met behulp van magnetische pulsen.
Uiteindelijk geloven we dat een "co-adaptieve" bidirectionele BCI, waarbij de elektronica leert met de hersenen en tijdens het leerproces voortdurend tegen de hersenen praat, een noodzakelijke stap kan blijken te zijn om de neurale brug te bouwen. Het bouwen van dergelijke co-adaptieve bidirectionele BCI's is het doel van ons centrum.
We zijn ook enthousiast over de recente successen in gerichte behandeling van ziekten zoals diabetes met behulp van "electroceuticals" - experimentele kleine implantaten die een ziekte zonder medicijnen behandelen door commando's rechtstreeks naar interne organen te communiceren.
En onderzoekers hebben nieuwe manieren ontdekt om de elektrisch-biochemische taalbarrière te overwinnen. Injecteerbare 'neurale kant' kan bijvoorbeeld een veelbelovende manier zijn om neuronen geleidelijk te laten groeien naast geïmplanteerde elektroden in plaats van ze af te wijzen. Flexibele op nanodraden gebaseerde sondes, flexibele neuronensteigers en glazige koolstofinterfaces kunnen biologische en technologische computers in de toekomst mogelijk ook in onze lichamen naast elkaar laten bestaan.
Van ondersteunend tot aanvullend
De nieuwe startup Neuralink van Elon Musk heeft als ultiem doel het verbeteren van mensen met BCI's om onze hersenen een voorsprong te geven in de voortdurende wapenwedloop tussen menselijke en kunstmatige intelligentie. Hij hoopt dat met het vermogen om verbinding te maken met onze technologieën, het menselijk brein zijn eigen mogelijkheden zou kunnen verbeteren - waardoor we mogelijk een potentiële dystopische toekomst kunnen vermijden waar AI de natuurlijke menselijke mogelijkheden ver heeft overtroffen. Zo'n visie lijkt misschien verre of fantasierijk, maar we moeten een idee over vreemdheid niet alleen afdoen. Zelfrijdende auto's werden tenslotte anderhalf jaar geleden verbannen naar science fiction - en delen nu onze wegen.
Een BCI kan langs meerdere dimensies variëren: of het raakvlakken heeft met het perifere zenuwstelsel (een zenuw) of het centrale zenuwstelsel (de hersenen), of het invasief of niet-invasief is en of het helpt de verloren functie te herstellen of de mogelijkheden verbetert. (James Wu; aangepast van Sakurambo, CC BY-SA) In een kortere toekomst, aangezien hersen-computerinterfaces verder gaan dan het herstellen van de functie bij mensen met een handicap, door het verbeteren van gezonde personen die hun menselijke capaciteiten te boven gaan, moeten we ons scherp bewust zijn van een groot aantal kwesties met betrekking tot toestemming, privacy, identiteit, agentschap en ongelijkheid . In ons centrum werkt een team van filosofen, clinici en ingenieurs actief om deze ethische, morele en sociale rechtvaardigheidskwesties aan te pakken en neuro-ethische richtlijnen te bieden voordat het veld te ver vooruit gaat.
Het rechtstreeks verbinden van onze hersenen met technologie kan uiteindelijk een natuurlijke ontwikkeling zijn van hoe mensen zichzelf door de eeuwen heen hebben uitgebreid met technologie, van het gebruik van wielen om onze tweevoetige beperkingen te overwinnen tot het maken van aantekeningen op kleitabletten en papier om onze herinneringen te vergroten. Net als de computers, smartphones en virtual reality-headsets van tegenwoordig, zullen augmentatieve BCI's, wanneer ze eindelijk op de consumentenmarkt aankomen, opwindend, frustrerend, riskant en tegelijkertijd veelbelovend zijn.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation.
James Wu, Ph.D. Student bio-engineering, onderzoeker bij het Center for Sensorimotor Neural Engineering, University of Washington
Rajesh PN Rao, hoogleraar computerwetenschappen en engineering en directeur van het Center for Sensorimotor Neural Engineering, University of Washington
