《電子技術(shù)應(yīng)用》
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DARPA將開發(fā)無需手術(shù)的神經(jīng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口

2018-09-17
關(guān)鍵詞: DARPA 腦機(jī)接口

  到目前為止,DARPA(美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局)的神經(jīng)科學(xué)項(xiàng)目部(也稱為國防部瘋狂科學(xué)部門)一直專注于可服務(wù)于那些因身體或大腦殘疾回國的士兵的技術(shù),例如,資助了對(duì)連接到神經(jīng)系統(tǒng)的假肢的研究和對(duì)可以治療創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的大腦植入物的研究。

  但軍事作戰(zhàn)的方式正在發(fā)生變化,DARPA的優(yōu)先事項(xiàng)也必須改變。在上周慶祝DARPA成立60周年的會(huì)議上,官員們描述了神經(jīng)科學(xué)研究的下一個(gè)前沿領(lǐng)域:讓身體健全的士兵擁有超能力的技術(shù)。

  “戰(zhàn)士需要新的方式來與機(jī)器進(jìn)行交互和進(jìn)行互操作,”DARPA最新神經(jīng)技術(shù)項(xiàng)目經(jīng)理Al Emondi說,“但到目前為止,大多數(shù)技術(shù)都需要通過手術(shù)來應(yīng)用到戰(zhàn)士們身上。我們將改變這一點(diǎn)。”

  下一代非手術(shù)神經(jīng)技術(shù)(N3)項(xiàng)目將資助對(duì)這樣的技術(shù)的研究:可在大腦和某些外部機(jī)器之間傳輸高保真信號(hào)而又不需要給使用者做手術(shù)以重新布線或植入裝置。該項(xiàng)目于今年3月宣布,Emondi目前正在挑選將獲得該項(xiàng)目資助的研究人員。他告訴IEEE Spectrum預(yù)計(jì)在2019年初發(fā)布相關(guān)公告。

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  DARPA也注意到,無需手術(shù)就能讓人擁有超能力的大腦裝置,可能會(huì)在軍事之外的領(lǐng)域得到應(yīng)用。DARPA 生物技術(shù)辦公室主任Justin Sanchez說,N3項(xiàng)目產(chǎn)生的概念驗(yàn)證(proof-of-concept)技術(shù)可能會(huì)帶來消費(fèi)類產(chǎn)品,“這將催生新的行業(yè)?!?/p>

  這個(gè)項(xiàng)目有兩個(gè)方向:一個(gè)是研究人員開發(fā)完全無創(chuàng)(completely non-invasive)技術(shù),另一個(gè)是研究人員開發(fā)“微創(chuàng)”(minutely invasive)技術(shù)。這里對(duì)它們做一些解釋。

  完全無創(chuàng)技術(shù):DARPA將專注于這一領(lǐng)域的研究,這似乎有些令人驚訝,因?yàn)橐呀?jīng)存在很多無創(chuàng)神經(jīng)技術(shù)。例如,將電極簡(jiǎn)單地放在頭皮以檢測(cè)腦電圖(EEG,一種已經(jīng)使用了幾十年的用于讀取大腦信號(hào)的技術(shù))和做經(jīng)顱直流電刺激(tDCS,一種震動(dòng)大腦的方法,目前正在嘗試用來治療抑郁癥、提高運(yùn)動(dòng)能力以及其他一些功用)。

  但Sanchez表示,這些現(xiàn)有的技術(shù)永遠(yuǎn)無法為DARPA設(shè)想的應(yīng)用提供足夠精確的信號(hào)傳輸。N3計(jì)劃的目標(biāo)是開發(fā)出新的無創(chuàng)技術(shù),該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)目前只能通過嵌入腦組織的植入電極(因此與神經(jīng)元具有直接接口)實(shí)現(xiàn)的高性能——要么在神經(jīng)元“放電”而引發(fā)行動(dòng)時(shí)記錄電信號(hào),要么刺激它們使它們放電。

  N3項(xiàng)目要求無創(chuàng)技術(shù)能夠讀取信號(hào)并將信息寫入1立方毫米的腦組織中,且這些藥在10毫秒內(nèi)完成。Emondi說,為了在即使有顱骨屏障的情況下獲得這樣的空間和時(shí)間分辨率,研究人員不得不尋找新方法來檢測(cè)神經(jīng)活動(dòng)?!爱?dāng)一個(gè)神經(jīng)元放電時(shí),它會(huì)改變它的反射率——我們能捕捉到那個(gè)光信號(hào)嗎?”他問道?!爱?dāng)它放電時(shí),它實(shí)際上會(huì)發(fā)出聲波——我們能捕捉到嗎?”

  微創(chuàng):DARPA發(fā)明了minutely invasive這一措辭以避免與minimally invasive(也譯為微創(chuàng))這個(gè)術(shù)語相混淆。在醫(yī)學(xué)上,后者通常意味著腹腔鏡手術(shù)。DARPA不希望其新的腦技術(shù)還需要一個(gè)小切口,相反,微創(chuàng)(minutely invasive)技術(shù)可能以注射劑、藥丸甚至鼻腔噴霧的形式將裝置植入腦內(nèi)。Emondi設(shè)想了一種可以放置在神經(jīng)元內(nèi)部的“納米轉(zhuǎn)換器”,當(dāng)發(fā)出電信號(hào)時(shí),它可以將其轉(zhuǎn)換成某種可以穿過顱骨被接收到的其他類型的信號(hào)。

  DARPA希望,在這個(gè)為期4年的項(xiàng)目結(jié)束時(shí),所有研究人員都準(zhǔn)備好了通過“國防相關(guān)任務(wù)”來演示他們的技術(shù)。例如,演示者可能會(huì)使用大腦信號(hào)來駕駛無人機(jī)或控制戰(zhàn)斗機(jī)模擬器(就像癱瘓女子Jan Scheuermann在2015年使用了腦部植入物做的那樣)。

  當(dāng)被問及這種技術(shù)的殺手級(jí)應(yīng)用時(shí),Emondi說他喜歡在“主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)防御”中使用這種技術(shù)的想法,這種技術(shù)可能會(huì)讓安全專家真正感受到入侵。“你并沒有在網(wǎng)絡(luò)之上,你就在網(wǎng)絡(luò)之中?!彼f。

  在N3項(xiàng)目中開發(fā)的任何東西都只是概念的驗(yàn)證,在能被戰(zhàn)士或普通大眾廣泛使用之前,都需要獲得監(jiān)管部門的批準(zhǔn)。但隨著硅谷的一些大公司也在致力于神經(jīng)技術(shù),面向消費(fèi)者的大腦裝置似乎很快就會(huì)出現(xiàn)。

  DARPA的Sanchez說,讓大腦技術(shù)易于使用將打開水閘?!拔覀兛梢韵胂笠粋€(gè)這種技術(shù)將被如何使用的未來。但這將讓數(shù)百萬人去想象他們自己的未來。你想用你的大腦做什么?”


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