DARPA: finanziamento di interfacce cervello-macchina indossabili

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I tecnocrati del DARPA sono intenzionati a creare un'interfaccia cervello-macchina non chirurgica come moltiplicatore di forza per i soldati. La ricerca richiederà “Esenzioni per dispositivi di indagine” da parte dell'Amministrazione. ⁃ TN Editor

DARPA ha concesso finanziamenti a sei organizzazioni per supportare la Neurotecnologia non chirurgica di nuova generazione (N3) programma, annunciato per la prima volta a marzo 2018. Il Battelle Memorial Institute, la Carnegie Mellon University, il Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, il Palo Alto Research Center (PARC), la Rice University e Teledyne Scientific sono i principali team multidisciplinari per sviluppare interfacce bidirezionali ad alta risoluzione per l'uso da parte di abili membri del servizio. Queste interfacce indossabili potrebbero in definitiva consentire diverse applicazioni di sicurezza nazionale come il controllo dei sistemi di difesa informatica attiva e sciami di veicoli aerei senza pilota o la collaborazione con sistemi informatici per il multitasking durante missioni complesse.

"DARPA si sta preparando per un futuro in cui una combinazione di sistemi senza pilota, intelligenza artificiale e operazioni informatiche potrebbe causare conflitti su scadenze troppo brevi per consentire agli umani di gestire efficacemente con la sola tecnologia attuale", ha affermato Al Emondi, il N3 responsabile del programma. "Creando un'interfaccia cervello-macchina più accessibile che non richiede un intervento chirurgico, DARPA potrebbe fornire strumenti che consentono ai comandanti di missione di rimanere significativamente coinvolti in operazioni dinamiche che si svolgono a velocità rapida."

Negli ultimi anni di 18, DARPA ha dimostrato neurotecnologie sempre più sofisticate che si basano su elettrodi impiantati chirurgicamente per interfacciarsi con il sistema nervoso centrale o periferico. L'agenzia ha dimostrato risultati come controllo neurale degli arti protesici di ripristino del senso del tatto agli utenti di quegli arti, sollievo da malattie neuropsichiatriche altrimenti intrattabili come la depressione e miglioramento della formazione e del richiamo della memoria. A causa dei rischi intrinseci della chirurgia, queste tecnologie sono state finora limitate all'uso da parte di volontari con necessità cliniche.

Affinché la popolazione principalmente abile dei militari tragga beneficio dalla neurotecnologia, sono necessarie interfacce non chirurgiche. Tuttavia, in effetti, una tecnologia simile potrebbe essere di grande beneficio anche per le popolazioni cliniche. Eliminando la necessità di un intervento chirurgico, i sistemi N3 cercano di espandere il pool di pazienti che possono accedere a trattamenti come la stimolazione cerebrale profonda per gestire le malattie neurologiche.

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Poi3 i team stanno perseguendo una serie di approcci che utilizzano l'ottica, l'acustica e l'elettromagnetismo per registrare l'attività neurale e / o inviare segnali al cervello ad alta velocità e risoluzione. La ricerca è divisa tra due tracce. I team stanno perseguendo interfacce completamente non invasive che sono completamente esterne al corpo o sistemi di interfaccia minutamente invasivi che includono nanotrasduttori che possono essere temporaneamente e non chirurgicamente consegnati al cervello per migliorare la risoluzione del segnale.

  • Il team di Battelle, sotto il principale investigatore Dr. Gaurav Sharma, mira a sviluppare un sistema di interfaccia minutamente invasivo che abbina un ricetrasmettitore esterno a nanotrasduttori elettromagnetici che non vengono inviati chirurgicamente ai neuroni di interesse. I nanotrasduttori convertono i segnali elettrici dai neuroni in segnali magnetici che possono essere registrati ed elaborati dal ricetrasmettitore esterno, e viceversa, per consentire la comunicazione bidirezionale.
  • Il team della Carnegie Mellon University, sotto il principale investigatore Dr. Pulkit Grover, mira a sviluppare un dispositivo completamente non invasivo che utilizza un approccio acusto-ottico per registrare dal cervello e interferire con i campi elettrici per scrivere a neuroni specifici. Il team utilizzerà le onde ad ultrasuoni per guidare la luce dentro e fuori il cervello per rilevare l'attività neurale. L'approccio di scrittura del team sfrutta la risposta non lineare dei neuroni ai campi elettrici per consentire la stimolazione localizzata di specifici tipi di cellule.
  • Il team del Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University, sotto il principale investigatore Dr. David Blodgett, mira a sviluppare un sistema ottico completamente non invasivo e coerente per la registrazione dal cervello. Il sistema misurerà direttamente i cambiamenti di lunghezza del percorso ottico nel tessuto neurale correlati all'attività neurale.
  • Il team PARC, sotto il principale investigatore Dr. Krishnan Thyagarajan, mira a sviluppare un dispositivo acusto-magnetico completamente non invasivo per la scrittura nel cervello. Il loro approccio abbina le onde ultrasoniche ai campi magnetici per generare correnti elettriche localizzate per la neuromodulazione. L'approccio ibrido offre il potenziale di neuromodulazione localizzata più in profondità nel cervello.
  • Il team della Rice University, sotto il principale investigatore Dr. Jacob Robinson, mira a sviluppare un sistema mininvasivo e bidirezionale per la registrazione e la scrittura nel cervello. Per la funzione di registrazione, l'interfaccia utilizzerà la tomografia ottica diffusa per dedurre l'attività neurale misurando la dispersione della luce nel tessuto neurale. Per abilitare la funzione di scrittura, il team utilizzerà un approccio magneto-genetico per rendere i neuroni sensibili ai campi magnetici.
  • Il team di Teledyne, sotto il principale investigatore Dr. Patrick Connolly, mira a sviluppare un dispositivo completamente non invasivo e integrato che utilizza magnetometri micro pompati otticamente per rilevare piccoli campi magnetici localizzati correlati all'attività neurale. Il team utilizzerà ultrasuoni focalizzati per scrivere ai neuroni.

Durante tutto il programma, la ricerca trarrà vantaggio da approfondimenti forniti da esperti legali ed etici indipendenti che hanno accettato di fornire approfondimenti su N3 progredire e considerare le potenziali future applicazioni militari e civili e le implicazioni della tecnologia. Inoltre, i regolatori federali stanno collaborando con il DARPA per aiutare i team a comprendere meglio il nulla osta per uso umano all'avvio della ricerca. Man mano che il lavoro procede, questi regolatori aiuteranno a guidare le strategie per la presentazione di domande di esenzioni per dispositivi investigativi e nuovi farmaci investigativi per consentire prove umane di N3 sistemi durante l'ultima fase del programma quadriennale.

“Se N3 ha successo, finiremo con sistemi di interfaccia neurale indossabili in grado di comunicare con il cervello da una distanza di pochi millimetri, spostando la neurotecnologia oltre la clinica e andando in pratica per la sicurezza nazionale ", ha affermato Emondi. "Proprio come i membri del servizio indossano equipaggiamento protettivo e tattico in preparazione per una missione, in futuro potrebbero indossare un auricolare contenente un'interfaccia neurale, utilizzare la tecnologia comunque necessaria, quindi mettere da parte lo strumento al termine della missione."

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