Войти
Лабораторная крыса с имплантатом мозга, используемым для регистрации нейронной активности Имплантаты мозга, часто обозначаемые как нейронные имплантаты - это технологические устройства, которые напрямую подключаются к мозгу биологического объекта - обычно размещаются на поверхности мозга или прикрепляются к мозгу кора. Общей целью современных имплантатов мозга и в центре внимания многих текущих исследований является создание биомедицинского протеза, позволяющего обходить области мозга, которые стали дисфункциональными после инсульта или других травм головы.. Это включает сенсорную замену, например, в зрении. Другие имплантаты мозга используются в экспериментах на животных просто для записи мозговой активности по научным причинам. Некоторые имплантаты мозга включают создание интерфейсов между нейронными системами и компьютерными чипами. Эта работа является частью более широкой области исследований под названием интерфейсы мозг-компьютер. (Исследование интерфейса мозг-компьютер также включает такие технологии, как массивы ЭЭГ, которые обеспечивают взаимодействие между разумом и машиной, но не требуют прямой имплантации устройства.)
Нейронные имплантаты, такие как глубокая стимуляция мозга и стимуляция блуждающего нерва все чаще становятся рутинными для пациентов с болезнью Паркинсона и клинической депрессией соответственно.
Электрические имплантаты мозга стимулировать, блокировать или записывать (или одновременно записывать и стимулировать) сигналы от одиночных нейронов или групп нейронов (биологических нейронных сетей ) в головном мозге. Техника блокировки называется внутрибрюшной блокадой влагалища. Это можно сделать только в том случае, если функциональные ассоциации этих нейронов приблизительно известны. Из-за сложности нейронной обработки и отсутствия доступа к сигналам, связанным с потенциалом действия с использованием методов нейровизуализации, применение мозговых имплантатов было серьезно ограничено до недавних достижений в нейрофизиологии и компьютерной обработке. сила. Также проводится много исследований химического состава поверхности нервных имплантатов с целью разработки продуктов, которые минимизируют все негативные эффекты, которые активный имплантат может оказывать на мозг, и которые тело может оказывать на функцию имплантата. Исследователи также изучают ряд систем доставки, таких как использование вен, для доставки этих имплантатов без операции на головном мозге; оставив череп запечатанным, пациенты могли получить свои нервные имплантаты без большого риска судорог, инсультов или стойких нервных нарушений, которые могут быть вызваны операцией на открытом мозге.
Исследования в области сенсорной замены достигли значительного прогресса с 1970 года. Особенно в области зрения, благодаря знанию работы зрительной системы, глазных имплантатов (часто с использованием имплантатов мозга или мониторинга) применялись с очевидным успехом. Для слуха используются кохлеарные имплантаты для прямой стимуляции слухового нерва. вестибулокохлеарный нерв является частью периферической нервной системы, но интерфейс похож на интерфейс настоящих мозговых имплантатов.
Несколько проектов продемонстрировали успех в записи из мозга животных в течение длительных периодов времени. Еще в 1976 году исследователи из NIH во главе с Эдвардом Шмидтом сделали записи потенциала действия сигналов от моторной коры макак-резусов, используя неподвижные электроды-шпильки, в том числе записи от одиночных нейронов для более длительного периода. 30 дней и постоянные записи на протяжении более трех лет с использованием лучших электродов.
Электроды "шляпки" были сделаны из чистого иридия и изолированы париленом, материалами, которые в настоящее время используются в реализации Cyberkinetics массива Юта. Эти же электроды или их производные, использующие те же биосовместимые электродные материалы, в настоящее время используются в лабораториях визуального протезирования, лабораториях, изучающих нейронные основы обучения, и подходах к моторному протезированию, отличных от зондов Cyberkinetics.
Схема. электродной матрицы «Юта» Другие лабораторные группы производят свои собственные имплантаты, чтобы обеспечить уникальные возможности, недоступные в коммерческих продуктах.
Прорывы включают: исследования процесса функциональной перестройки мозга на протяжении всего обучения сенсорной дискриминации, управления физическими устройствами мозгом крысы, обезьяны над роботизированными руками, дистанционное управление механическими устройствами обезьянами и людьми, дистанционное управление перемещениями тараканов, первое зарегистрированное использование массива Utah Array у человека для двунаправленной передачи сигналов. В настоящее время в ряде групп проводится предварительная установка моторных протезов на людей. Эти исследования в настоящее время ограничены сроком службы имплантатов несколькими месяцами. Теперь массив образует сенсорный компонент Braingate.
. Также проводится много исследований по химии поверхности нервных имплантатов, чтобы разработать продукты, которые минимизируют все негативные эффекты, которые может вызвать активный имплант. на мозг, а тело может влиять на функцию имплантата.
Еще один тип нейронных имплантатов, над которыми проводятся эксперименты, - это силиконовые микросхемы протезной нейрональной памяти, которые имитируют обработку сигналов, выполняемую функционирующими нейронами, что позволяет мозгу людей создавать долговременные воспоминания.
В 2016 году ученые из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейн объявили о разработке крошечных датчиков мозга для использования послеоперационного мониторинга, которые тают, когда они больше не нужны.
В 2016 году ученые из Мельбурнского университета опубликовали данные, подтверждающие концепцию открытия Стентроде, устройства, имплантированного через яремную вену, продемонстрировали потенциал устройства нейронной записи. спроектирован на стент и имплантирован в кровеносный сосуд головного мозга без необходимости открытой операции на головном мозге. Технологическая платформа разрабатывается для пациентов с параличом, чтобы облегчить управление внешними устройствами, такими как роботизированные конечности, компьютеры и экзоскелеты, путем преобразования активности мозга. В конечном итоге это может помочь в диагностике и лечении ряда патологий головного мозга, таких как эпилепсия и болезнь Паркинсона.
DARPA объявило о своей заинтересованности в разработке "насекомых-киборгов" для передавать данные от датчиков, имплантированных в насекомое на стадии куколки. Движение насекомого будет контролироваться с помощью микроэлектромеханической системы (МЭМС) и, возможно, сможет исследовать окружающую среду или обнаруживать взрывчатые вещества и газ. Точно так же DARPA разрабатывает нейронный имплант для дистанционного управления перемещением акул. Затем уникальные чувства акулы будут использоваться для обеспечения обратной связи данных относительно движения вражеского корабля или подводных взрывчатых веществ.
В 2006 году исследователи из Корнельского университета изобрели новую хирургическую процедуру для имплантации искусственных структур в насекомых во время их метаморфического развития.. Те же исследователи продемонстрировали первых насекомых-киборгов бабочек со встроенной электроникой в их грудной клетке. Первоначальный успех методов привел к расширению исследований и созданию программы под названием Hybrid-Insect-MEMS, HI-MEMS. Согласно сообщению Microsystems Technology Office DARPA, его цель - разработать «тесно связанные интерфейсы между машиной и насекомым путем размещения микромеханических систем внутри насекомых на ранних стадиях метаморфоза»..
Недавно успешно применялись нейронные имплантаты на тараканах. На насекомое были наложены хирургически наложенные электроды, которыми дистанционно управлял человек. Результаты, хотя иногда и разные, в основном показали, что тараканом можно управлять с помощью импульсов, которые он получает через электроды. DARPA в настоящее время финансирует это исследование из-за его очевидного полезного применения в военных и других областях
В 2009 г. в Институте инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) Micro -конференция по электронно-механическим системам (MEMS) в Италии, исследователи продемонстрировали первого «беспроводного» киборга-летающего жука. Инженеры из Калифорнийского университета в Беркли первыми разработали «жука с дистанционным управлением », финансируемого программой DARPA HI-MEMS. Позже в том же году последовала демонстрация беспроводного управления мотыльком-киборгом с помощью подъема.
В конечном итоге исследователи планируют разработать HI-MEMS для стрекоз, пчел, крыс и голубей. Чтобы ошибка HI-MEMS cybernetic считалась успешной, она должна пролететь на 100 метров (330 футов) от начальной точки, управляемая компьютером, на управляемую посадку в пределах 5 метров (16 футов) от конкретной точки. конечная точка. После приземления кибернетическая ошибка должна оставаться на месте.
В 2012 году DARPA предоставило начальное финансирование Dr. Томас Оксли, нейроинтервенционист из больницы Маунт-Синай в Нью-Йорке, за технологию, которая стала известна как Стентроде. Группа Оксли в Австралии была единственной неамериканской группой, финансируемой DARPA в рамках программы Reliable Neural Interface Technology (RE-NET). Эта технология является первой попыткой создания нервных имплантатов с помощью минимально инвазивной хирургической процедуры, не требующей разрезания черепа. То есть электродная матрица, встроенная в саморасширяющийся стент, имплантированная в мозг с помощью церебральной ангиографии. Этот путь может обеспечить безопасный, легкий доступ и улавливать сильный сигнал по ряду показаний, помимо лечения паралича, и в настоящее время проходит клинические испытания у пациентов с тяжелым параличом, стремящихся восстановить способность к общению.
В 2015 году сообщалось, что ученые из лаборатории нейротехнологий восприятия и распознавания при Южном федеральном университете в Ростове-на-Дону предложили использовать крыс с вживленными в их мозг микрочипами для обнаружения взрывные устройства.
В 2016 году сообщалось, что американские инженеры разрабатывают систему, которая превратит саранчу в «дистанционно управляемые детекторы взрывчатых веществ» с электродами в их мозгу, передающими информацию об опасных веществах своим операторам.
Нейростимуляторы используются с 1997 года для облегчения симптомов таких заболеваний, как эпилепсия, болезнь Паркинсона, дистония и в последнее время депрессия.
Современные имплантаты мозга изготавливаются из различных материалов, таких как вольфрам, кремний, платина - иридий или даже нержавеющая сталь. В будущих имплантатах мозга могут использоваться более экзотические материалы, такие как наноразмерные углеродные волокна (нанотрубки ) и поликарбонат уретан.
. исследуется DARPA в рамках программы Reliable Neural-Interface Technology (RE-NET), запущенной в 2010 году для непосредственного удовлетворения потребности в высокопроизводительных нейронных интерфейсах для управления ловкими функциями, которые стали возможны благодаря усовершенствованным протезам DARPA. Цель состоит в том, чтобы обеспечить широкополосный, интуитивно понятный интерфейс управления для этих конечностей, чтобы в полной мере реализовать их потенциал для улучшения качества жизни раненых солдат.
В 1870 году Эдуард Хитциг и Густав Фрич продемонстрировали, что электрическая стимуляция мозга собак может вызывать движения. Роберт Бартолоу показал то же самое в отношении людей в 1874 году. К началу 20 века Федор Краузе начал систематически картировать области человеческого мозга, используя пациентов, перенесших операции на головном мозге.
Видные исследования были проведены в 1950-х годах. Роберт Г. Хит экспериментировал с агрессивными психическими пациентами, стремясь повлиять на настроение своих испытуемых с помощью электрической стимуляции.
физиолог Йельского университета Хосе Дельгадо продемонстрировал ограниченный контроль над животными и поведение людей с использованием электронной стимуляции. Он изобрел стимосивер или трансдермальный стимулятор, устройство, имплантированное в мозг, для передачи электрических импульсов, которые изменяют базовое поведение, такое как агрессия или ощущение удовольствия.
Позднее Дельгадо написал популярную книгу о контроле над разумом под названием «Физический контроль над разумом», в которой он заявил: «Возможность дистанционного управления действиями у нескольких видов животных была продемонстрирована [...] Конечная цель этого исследования - дать понимание механизмов, задействованных в направленном управлении животными, и предоставить практические системы, пригодные для применения человеком ».
В 1950-х ЦРУ также финансировало исследования методов контроля над разумом с помощью таких программ, как MKULTRA. Возможно, из-за того, что он получил финансирование для некоторых исследований через Управление военно-морских исследований США, было высказано предположение (но не доказано), что Дельгадо также получил поддержку через ЦРУ. Он опроверг это утверждение в статье в журнале Scientific American в 2005 году, назвав это лишь предположением сторонников теории заговора. Он заявил, что его исследования только постепенно научились понимать, как работает мозг.
Последние достижения в области нейротехнологий и нейровизуализации, наряду с более глубоким пониманием нейросхемы, являются факторами, способствующими быстрому росту использования методов нейростимуляции для лечения все более широкого спектра неврологических и психических расстройств. Технологии электростимуляции развиваются после того, как оставались довольно застойными в течение последних 30 лет, переходя к потенциальным системам терапевтического контроля с обратной связью, способным обеспечивать стимуляцию с более высоким пространственным разрешением для обеспечения непрерывной индивидуальной нейромодуляции для достижения оптимальных клинических результатов.
Поднятые этические вопросы включают в себя, кто является хорошими кандидатами на установку нервных имплантатов, и каковы хорошие и плохие варианты использования нервных имплантатов. Хотя глубокая стимуляция мозга становится все более привычной для пациентов с болезнью Паркинсона, могут наблюдаться некоторые побочные эффекты со стороны поведения. Сообщения в литературе описывают возможность апатии, галлюцинаций, компульсивных азартных игр, гиперсексуальности, когнитивной дисфункции и депрессии. Однако они могут быть временными и связаны с правильным размещением и калибровкой стимулятора и поэтому потенциально обратимы.
Некоторые трансгуманисты, такие как Раймонд Курцвейл и Кевин Уорвик, считает имплантаты мозга частью следующего шага для людей в процессе эволюции, тогда как другие, особенно биоконсерваторы, считают их неестественными, при этом человечество теряет основные человеческие качества. Это вызывает противоречие, как и другие формы улучшения человека. Например, утверждается, что имплантаты технически превратят людей в кибернетические организмы (киборги ). Также ожидается, что все исследования будут соответствовать Хельсинкской декларации. Кроме того, применяются обычные юридические обязанности, такие как информирование человека, носящего имплантаты, и то, что имплантаты являются добровольными, с (очень) несколькими исключениями.
Другие проблемы связаны с уязвимостью нейронных имплантатов для киберпреступлений или навязчивого наблюдения, поскольку нейронные имплантаты могут быть взломаны, неправильно использованы или неправильно сконструированы.
Саджа заявляет, что «личные мысли важно защищать», и не делает этого. Не считаю хорошей идеей просто поручить правительству или какой-либо компании их защищать. Уолтер Глэннон, нейроэтик из Университета Калгари отмечает, что «существует риск взлома микрочипов третьими сторонами» и что «это может помешать намерению пользователя выполнять действия, нарушить конфиденциальность путем извлечения информация с микросхемы ».
Имплантаты мозга сейчас являются частью современной культуры, но относящиеся к делу ранние философские ссылки были актуальны еще в Рене Декарте.
В своем 1641 году Декарт утверждал, что невозможно сказать, действительно ли весь очевидный реальный опыт был произведен злым демоном, намеревающимся обмануть. Современный поворот аргументации Декарта обеспечивается мысленным экспериментом «мозг в чане », который представляет мозг, поддерживаемый отдельно от своего тела в чане с питательными веществами и подключенный к компьютеру, который способные стимулировать его таким образом, чтобы создать иллюзию, что все нормально.
Популярная научная фантастика, обсуждающая имплантаты мозга и контроль над разумом, получила широкое распространение в 20-м веке, часто с антиутопией. мировоззрение. Литература 1970-х годов углублялась в эту тему, в том числе The Terminal Man Майкла Крайтона, где человек, страдающий от повреждения мозга, получает экспериментальный хирургический мозговой имплантат, предназначенный для предотвращения припадков, которым он злоупотребляет. запуском для удовольствия. Другой пример - это научная фантастика, написанная Ларри Нивеном о головореза в его рассказах "Известное пространство ".
Несколько более позитивный взгляд на мозговые имплантаты, используемые для связи с компьютером как на форму расширенного интеллекта, можно увидеть в Альгисе Будрис в романе 1976 года Michaelmas.
Страх, что технология будет неправильно использована правительством и вооруженными силами, - одна из первых тем. В сериале BBC 1981 года The Nightmare Man пилот высокотехнологичной мини-подводной лодки связан со своим кораблем через имплант мозга, но становится жестоким убийцей после того, как вырвал имплант.
Возможно, самым влиятельным романом, исследующим мир мозговых имплантатов, был роман Уильяма Гибсона 1984 года Нейромант. Это был первый роман в жанре, получившем название «киберпанк ». Он следует за компьютерным хакером через мир, в котором наемникам вводят имплантаты мозга для улучшения силы, зрения, памяти и т. Д. Гибсон вводит термин «матрица» и вводит концепцию «вставки» с помощью электродов на голову или прямых имплантатов. Он также исследует возможные развлекательные приложения мозговых имплантатов, такие как «simstim» (симулированная стимуляция), который представляет собой устройство, используемое для записи и воспроизведения впечатлений.
Работа Гибсона вызвала бурный рост упоминаний имплантатов мозга в популярной культуре. Его влияние ощущается, например, в ролевой игре 1989 года Shadowrun, которая позаимствовала его термин «datajack» для описания интерфейса мозг-компьютер. Имплантаты в романах и рассказах Гибсона легли в основу фильма 1995 года Джонни Мнемоник и позже Матричная трилогия.
Криминальное чтиво с имплантатами или имплантатами мозга, включая серию романов Typers, фильм Человек-паук 2, сериал Земля: Последний конфликт и множество компьютерных / видеоигр.
