Mata apor, titta på filmer med katter, spela videospel – låter som en trevlig ledig dag, eller hur? Om du är neurovetenskaplig låter det dock mycket som det senaste halvhundratalet av forskning om att ansluta mänskliga hjärnor till datorer.
Elon Musks Neuralink, imponerande som det är, har bara varit med i spelet sedan 2016, och det är bara en del av en ständigt byggande våg av neurovetenskapliga prestationer. De aporna? De matar sig med robotarmar anslutna till hjärnan. Katterna tittar på videor och vi översätter den resulterande hjärnaktiviteten tillbaka till bilder. Och videospel? Du kan spela dem med ditt sinne.
Vad är hjärn-dator-gränssnitt (BCI)?
Så komplicerat som det faktiska genomförandet är är konceptet bakom en BCI ganska grundläggande. Neuroner i din hjärna avfyrar elektriska signaler till varandra när du gör saker. Med hjälp av elektroder antingen i eller på skallen kan vi upptäcka dessa spikar, digitalisera dem, ta reda på vad hjärnan gör och översätta den aktiviteten till någon åtgärd eller data.
På det här sättet kan vi skicka tolkbara elektriska signaler till saker som datorsystem, proteser och till och med robotar, så att vi potentiellt kan styra enheterna runt oss, och till och med våra egna kroppar, med bara en tanke. Den här anslutningen fungerar också åt båda hållen. Vi kan koda digital information som hjärnläsbara elektriska signaler och skicka in dem, vilket ger en typ av sensorisk ingång.
BCI är vanligtvis uppdelad i tre huvudkategorier: invasiv, delvis invasiv och icke-invasiv. Som namnen antyder implanteras invasiva BCI direkt i hjärnan, vilket ger dem den bästa “mottagningen” när det gäller att kunna hämta detaljerad information om vilka nervceller som gör vad.
Delvis invasiva BCI (det är vad Neuralink är) placeras i skallen, men inte direkt i hjärnan, vilket gör dem säkrare, mindre kirurgiskt intensiva och fortfarande ganska effektiva.
Icke-invasiva BCI är inte fästa vid huvudet alls. Du har förmodligen sett dem tidigare i form av elektrodbelagda gummihattar. De är de enklaste att använda, men eftersom de är längre från hjärnan men ändå i skallen på vägen, kommer vågorna som genereras av avfyrande nervceller inte lika bra igenom, vilket betyder att data är bullrigare och tillåter inte kontroll så exakt som implantat i hjärnan.
Vad har vi gjort med BCI hittills?
Det främsta målet bakom denna forskning är inte att skapa en AI-förbättrad människa med telepatiska Internetkrafter. Det kommer förmodligen att hända, men målet är mer en knock-on-effekt som härrör från medicinsk forskning om saker som att behandla förlamning, blindhet, dövhet, stumhet, anfall och andra problem i sensoriska / centrala nervsystemet, som driver mycket av nuvarande hjärn-dator-gränssnittsforskning.
Cochleaimplantat, till exempel, används redan av hundratusentals människor. De gränsar inte ihop med en dator i sig, eftersom deras jobb är att ta ljud från omvärlden och översätta dem till elektriska signaler som kan bearbetas av hjärnan, men de är en bra demonstration av hur vi kan skicka hjärnan -läsbara signaler från maskiner.
Retinalimplantat återställer redan begränsad syn för de som har förlorat det, medan de inte är nära så vanliga ännu. Människor har till och med framgångsrikt använt hjärnsignaler för att kontrollera robotarmar och ben, som Juliano Pinto, en paraplegiker som startade vid VM 2014 i Brasilien med hjälp av ett sinnesstyrt exoskelett.
När det gäller att faktiskt ansluta hjärnor till datorer i en mer traditionell typ av läs-skrivkapacitet har dock många av de största genombrotten hittills uppnåtts med apor.
Redan 1969 kunde forskare få apor att flytta nålen på en urtavla med bara hjärnsignaler. År 2008 var de det med hjälp av hjärnan för att kontrollera robotarmarna som gav dem matoch 2011 rörde apor robotarmar samtidigt som de får feedback till den del av hjärnan som är ansvarig för armkontrollen, som om de hämtade signaler från en av sina faktiska armar. 2016, apor uppnådde skrivhastigheter på tolv ord per minut med hjälp av neurala implantat, stavning av Shakespeare-fraser som “En banan med något annat namn skulle lukta så söt.”
Om dessa trender fortsätter behöver vi inte ens oroa oss för att AI tar över världen – telepatiska apor kommer troligen dit först.
Vi har också kunnat plocka upp korrekta bildsignaler från hjärnan hos både katter och människor. Genom att övervaka hjärnaktivitet hos katter, var och en tittar på en av åtta kortfilmer, forskare kunde konstruera tillräckligt många bilder från skärmen för att identifiera vilken film varje katt tittade på.
Och det var 1999 – 2008, forskare hade framgångsrikt gjort detta hos människor. Mellan dessa två försök kunde en tonårspojke som fått hjärnimplantat för epilepsi slå flera nivåer av Space Invaders med inget annat än hjärnsignaler.
Den här listan kan lätt fortsätta: människor skriver, flyttar möss på skärmar, kör bilar, twittrar, skickar tysta meddelanden till varandra över Internet, styr drönare, kontrollerar smarta TV-apparater och mer. Denna teknik är på väg in i några intressanta riktningar, vilket framgår av mängden nystartade företag som lanserar stora idéer.
Neuralink
Detta projekt tar många rubriker och med god anledning: Neuralink är förmodligen den minsta, lättaste, lättimplanterbara delvis invasiva BCI där ute, och det offrar inte mycket när det gäller funktionalitet. Så här fungerar det:
- Neuralink använder ett robotverktyg för att implantera små trådar (1/10 bredden på ett mänskligt hår) i hjärnan. För närvarande kräver detta borrning av små hål, men det kan använda en laser i framtiden.
- Dessa trådar är anslutna till chips, kallade “N1-sensorer” inbäddade i skallen, som kan bearbeta data de får och även skicka elektriska signaler till hjärnan.
- Dessa marker är anslutna till en enhet som heter “The Link”, som är en bärbar extern enhet som kan interagera med chipet och trådlöst skicka och ta emot information från andra enheter.
Försök på råttor och apor har redan visat sig vara framgångsrika, enligt Neuralink, och de siktar på att starta mänskliga prövningar snart. De första mottagarna kommer att vara människor som har ett medicinskt behov av enheten, men Elon Musk har inte gjort någon hemlighet för att så småningom vilja skapa mänskligt-AI-samarbete genom denna typ av hjärngränssnitt. Den slutliga produkten kommer att kunna länka till och styra smartphones och andra enheter, och när tekniken förbättras kommer vi sannolikt att se många andra applikationer.
BrainGate
Ett hjärnimplantat utvecklat av Cyberkinetics, BrainGate är en av de tidigaste moderna BCI. Mänskliga testpersoner kunde framgångsrikt ansluta datorer till hjärnan så tidigt som 2004, och 2012 visade Cyberkinetics en hjärnstyrd robotarm som gjorde det möjligt för förlamade människor att nå, förstå och till och med dricka ur en flaska. De har en lång lista med publikationer och prestationer, allt från att hjälpa människor att kontrollera robotbenen till att använda hjärnsignaler för att spela piano på en surfplatta.
Emotiv
Med tanke på att det inte är troligt att många människor kommer att ställa upp för att få borrade hål i huvudet, är det vettigt att en kommersiellt tillgänglig icke-invasiv BCI skulle vara ett bra första steg. Det är precis vad Emotiv gör. Deras EEG (elektroencefalograf) headset kan hämta signaler från din hjärna, så att du kan analysera din egen mentala aktivitet, kontrollera enheter eller till och med få inblick i hur konsumenter använder produkter. Det är relativt billigt, producerar forskningsdata och allt du behöver göra är att glida på det!
Neurable
Som Emotiv, Neurabelt tar den icke-invasiva vägen och marknadsför sina headset som handsfree, röstfria sätt att kontrollera den digitala världen. Något som skiljer dem åt är deras fokus på VR-teknik som ett sätt att möjliggöra sinnesstyrd spel, träning och digital kontroll, vilket kan vara ganska användbart som ett sätt att träna din hjärna i att snabbt plocka upp nya mönster, som att anpassa sig till virtuella lemmar.
Dessa är bara några av de aktuella projekten som pågår i hjärn-dator gränssnitt utrymme. Som alla avancerade tekniska fält idag finns det många spelare som tävlar om att vara först, och det har redan legat många intressanta applikationer i fält, från BrainCos studieförstärkande pannband till Kernels AI-drivna minneslagringschips.
Hur långt är vi från BCI som normen?
Du kommer antagligen inte att få en Neuralink installerad när som helst. Trots sin lilla storlek verkar det som om det är ett stort hopp att sätta några hål i huvudet. Marknaden för icke-invasiva elektroencefalogram-headset börjar dock växa och vissa kommersiellt tillgängliga headset har faktiskt ett något rimligt pris.
Så småningom kan dessa vara tillräckligt pålitliga för att du ska kunna använda som en del av din vanliga teknikstack, men det kan ta lite tid. BCI förbättras och miniatyriseras snabbare än någonsin, men som Neuralink demonstrerar, så det är helt tänkbart att det i framtiden kommer att bli något liknande, som Elon Musk uttrycker det, att få LASIK i framtiden. Inte alla kommer att göra det, men det kommer att vara ett relativt triviellt förfarande om det är något du behöver.
Bildkrediter: Blausen 0244 Cochleaimplantat, Emotiv Epoc +, EEG-baserad BCI, En integrerad gränssnittsplattform för hjärn-maskin med tusentals kanaler, Apa som använder en robotarm, Hjärn-dator-gränssnitt (schematisk)