Anonim

Oppstigning av tankene til lesing av maskiner

ComputersFeature

Nick Lavars

19. mai 2017

12 bilder

Mind read machines: Hva ser kommunikasjonen ut om 20 år? (Kreditt: vitstudio / Depositphotos)

Så du har gjort veien til denne artikkelen, men hvordan gjorde du det? Har motorcortexen brent opp muskelfibrene i fingrene for å klikke på et bestemt område på skjermen, og be om at CPUen inne i enheten din for å laste opp denne siden? En dag som alle kunne virke avgjort arkaisk. Det er fordi noen smarte mennesker investerer stor tid og penger i datamaskiner som kan lese tankene dine som de blir oppfattet. Målet er å ha maskiner som vet hva du vil, og vil gi deg den informasjonen du trenger før du kan bokstavelig talt løfte en finger. Men hvor langt kan en slik fremtid være? La oss se på den nåværende tilstanden til disse hjernen-datamaskin-grensesnittene, og utfordringene som forblir i å få dem inne i hodene våre.

Hjerte-datamaskin-grensesnitt (BCI) har faktisk vært i arbeidet i flere tiår, men noen ganger tar det en milliardær som liker å lande raketter på flytende pads i havet for å gjøre en dristig teknologi muligens mulig. Elon Musk genererte litt buzz da han avslørte at han jobbet med en slik ting (mer om det senere), men i utgangspunktet har grunnlaget for disse tankemaskinene sine røtter i nevrovitenskapelig forskning fra nesten et århundre siden.

I 1924 gjorde tysk psykiater Hans Berger de første noensinne (elektroencefalogram) opptak under nevrokirurgi på en 17 år gammel gutt. Hva Berger senere beskrevet som "alpha og beta " bølger ville snart bli anerkjent som elektrisk aktivitet som var, og fortsatt er, av stor hjelp til leger som arbeider for å oppdage hjernesykdommer.

Ved å knytte elektroder til hodebunnen og ha de målte hjernebølgene, vises på skjermen som en graf, kan leger se opp for abnormiteter og få innsikt i helsen til hjernen. Raske pigger kan være tegn på epilepsi eller anfall, for eksempel, mens langsommere bølger kan være et resultat av en svulst eller slag. Alzheimers, narkolepsi og hjerneskade er andre eksempler på forhold som kan undersøkes av EEG.

Mot direkte hjernekommunikasjon

I 1970-tallet begynte en elektroingeniør fra Belgia, kalt Jacques Vidal, å spørre om disse elektriske signalene kunne brukes til applikasjoner utover det medisinske riket. Hans 1973 peer-reviewed paper "Mot direkte hjernekompatibilitet, " var den første som beskriver et hjernedatamaskingrensesnitt (han er nå kreditert ved å myntere begrepet) og utforsket muligheten til å trekke elektriske signaler fra hjernen og konvertere dem til kommandoer for en datamaskin.

"Kan disse observerbare elektriske hjerne signaler bli satt til å fungere som bærere av informasjon i man-datakommunikasjon eller med det formål å kontrollere slike eksterne apparater som protese enheter eller romskip? " Skrev den pensjonerte luftmaktløytnanten. "Selv på den eneste grunnlaget for dagens datateknologi og nevrofysiologi, kan man foreslå at en slik prestasjon er potensielt rundt hjørnet."

protetikk

Det hjørnet kan ha tatt litt lengre tid å runde enn Vidal gjettet, men hans ideer om hvordan BCI kan brukes, viser seg å være ganske prescient.

På verdenscupen i FIFA 2014 i Brasil viste et internasjonalt samarbeid mellom forskere som utgjorde The Walk Again Project sitt nyeste fremskritt innen assistert mobilitetsteknologi: en hjernekontrollert eksoskelett. Ved å bruke et sett med ikke-invasive elektroder til å lese hjernesignaler og relékommandoer til det lette eksoskeletet, avsluttet en paraplegisk mann det symbolske kick-off for turneringen.

Vi har også sett forskere fremgang mot mobilitetsløsninger ved å tegne data fra ikke-invasive EEG-enheter for å rekonstruere 3D hånd- og benbevegelser, slik at en paraplegiker kan gå igjen med sine egne lammede lemmer og la en kvadriplegisk kvinne spise sjokolade med en tankekontrollert robotarm.

Tar flytur

Og romskip? Ok, vi er ikke der ennå, men NASA utforsker mulighetene. I 2013 kom rombyråen sammen med forskere fra University of Essex på et prosjekt hvor to fag kontrollerte et virtuelt romskip med BCIs. Studien ble designet for å undersøke potensialet for å bruke BCIer til å kontrollere planetariske rovers, selv om den typen ting forblir langt unna.

I mellomtiden er droner ikke dårlig kompromiss, ikke sant? Ubemannet fly har blitt ganske populært testbed for BCI-teknologier. Vi har sett mind-controlled quadcopters og fastvinge droner, med noen til og med legge til en konkurransedyktig smak til blandingen for å virkelig knuse ting sammen.

I april i fjor holdt neuroscientists ved University of Florida den første Brain Drone Race, en begivenhet som ber piloter å vil deres droner over målstreken ved hjelp av bare deres tanker. Teknologien som er involvert her tar hjernens signaler samlet inn av EEG-enheter og konverterer dem til kontrollinnganger for droner. Så i stedet for å skyve til venstre på en joystick, må du bare tenke på å skyve til venstre.

Men mer enn rent konkurransedyktig forestillingen, var Brain Drone Race et forsøk på å inspirere videre utvikling i BCI-området, med sikte på en dag å bruke enhetene i hverdagen. Og forskeren bak begivenheten, Juan Gilbert - stol på datamaskinen, informasjonsvitenskap og ingeniørfag ved University of Florida - forteller oss at de gjør noen gode fremskritt.

"Vi planlegger Brain-Drone Race II om et par uker, og vi har startet noen prosjekter, " forteller han New Atlas. "Vi har et prosjekt som heter Brainwords hvor vi prøver å bruke BCI som en godkjenningsenhet, forestill deg å bruke dine tanker som passord. Vi har et prosjekt sponset av Lenovo for å spille trommer med tankene dine. Vi jobber også med design av et nytt BCI som er enklere å bruke av den generelle befolkningen. Vi har et prosjekt om å bygge verktøy som gjør BCI lettere å bruke til app utvikling, og vi gjør forskning på BCI for å overvåke hjernen din aktivitet, eller hva s kalt kvantifisert-selv. "

Som det står, må ikke-invasive BCIs som EEG-caps lese elektriske signaler gjennom lag med skall og vev, så det er mye støy å sortere gjennom, noe som begrenser bruken av dem. For de klareste signalene og virkelig potensial for spillbytte må du komme nærmere kilden.

Insane i membranen

De krever kirurgi og bærer risiko for infeksjon, men BCI som kan plantes inne i hodet i direkte kontakt med hjernens overflate, gir den beste signalkvaliteten. Og denne tilnærmingen har gitt forskere til å gjøre noen virkelig bemerkelsesverdige ting.

Dr Ali Rezai (venstre) med sin pasient Ian Burkhart

Tilbake i 2014 implanterte dr. Ali Rezai, regissøren av Ohio State University s Center for Neuromodulation, en liten 4 x 4 mm mikrochip på overflaten av Ian Burkharts motorcortex. 26-åringen Burkhart hadde hatt en dykkeskade i 19-årsalderen som forlot ham quadriplegic. Legenes håp var at denne brikken, da den ble brukt med spesialfremstillede algoritmer og en elektrisk hylse for å stimulere musklene i armen, ville tillate dem å omgå den skadede ryggmargen og bruke Burkharts tanker til å kontrollere fingrene og hender.

"Resultatene er gode, " sier Rezai nå New Atlas. "Ian er det første mennesket som var i stand til å flytte sin egen hånd og arm ved hjelp av hans tanker. Han oppnådde i utgangspunktet grove bevegelser av håndleddet og hånden. I de siste to og et halvt årene har Ian overgått forventningene våre og er i stand til å utføre stadig mer komplekse bevegelser som han ikke kunne ha forestilt seg å gjøre igjen, for eksempel å raskt åpne og lukke hendene, bevege fingrene, gripe og holde gjenstander som en kopp, tannbørste, telefon, nøkkel og kredittkort, åpne og lukke en krukke, røre en kopp kaffe, helles fra en flaske, holde en telefon, mating og grooming og til og med spille et videospill. "

Et annet nylig eksempel involverer en mann som er lammet fra skuldrene ned og gjenvinne kontrollen over sine lammede muskler ved også å omgå den skadde ryggmargen. For å gjøre dette, implanterte forskere to aspirin-størrelse 96-kanals elektrode arrays i sin motor cortex, og koblet et annet sett med elektroder til armen. Deretter med litt trening, bare ved å tenke på å flytte armen eller hånden, kunne hjernens signaler bli oversatt til elektriske pulser som utløste de ønskede muskelbevegelsene i armen.

Så dagens BCIs påvirker allerede livene til funksjonshemmede på en veldig reell måte. Men Elon Musk forestiller seg maskiner som går langt utover det.

Et hjernedatamaskingrensesnitt som noen kan bruke?

Det var rundt 2008 at forbrukerfokuserte EEG-enheter begynte å trille ut av laboratoriet og inn i markedet. NeuroSky og Emotiv-headsettet var to av de tidlige spillerne på scenen, og hver lovet å bringe konseptet med tankestyrte videospill til publikum.

Disse dagene blir de ikke-invasive EEG-enhetene markedsført mer som måter å overvåke hjernens helse, som Fitbits for din noggin. De har blitt sluttet av andre som iBrain, som Stephen Hawking testet tilbake i 2012 og Muse, som viser EEG-data på en mobil enhet. Men det er vanskelig å se offentligheten vandre gatene i EEG-caps, eller med ledninger som stikker ut av hodet, som nåværende implanterbare BCIer krever.

For denne typen teknologi å bli allestedsnærværende, må det være mye mer diskret, og det er akkurat det Elon Musk har satt ut for å bygge. Med lanseringen av firmaet Neuralink, har gründeren som mål å utvikle en type trådløs BCI som sitter inne i hjernen, overvåker hjernevåpen, og er i stand til å laste opp og laste ned tanker og informasjon. Behandling av nevrologiske forhold er en del av bildet, men til slutt, supplere menneskelig intelligens for å redde menneskeheten som helhet, er Musks virkelige motivasjon.

"Under noen grad av fremgang i ai, vil vi bli etterlatt av mye, " sa han i fjor sommer. "Den gunstige situasjonen med ultra intelligente AI er at vi ville være så langt under intelligens vi ville være som et kjæledyr eller en huskatt. Jeg elsker ikke ideen om å være en huskatt. "

Og det er hvis maskinene bestemte seg for å holde oss rundt. Hvis de ikke gjorde det

"Det kan være så enkelt som noe som å bli kvitt spam, " fortsatte Musk. "Hva er den enkleste måten å rense innboksen din på? Men i stedet for å bli kvitt spam blir det kvitt mennesker. "

Bli overmenneskelig

"Vi har allerede et digitalt tertiært lag på en måte, fordi du har din datamaskin eller din telefon eller dine applikasjoner, " forteller Musk bloggen Wait But Why, i et omfattende intervju som forklarer grunnlaget for hans Neuralink-venture.

"Du kan stille et spørsmål via Google og få svar umiddelbart, " la han til. "Du kan få tilgang til hvilken som helst bok eller musikk. Med et regneark kan du gjøre utrolige beregninger ... Du kan videochatte med noen i freaking Timbuktu gratis. Dette ville ha blitt brent for hekseri i gamle dager. Du kan ta opp så mye video med lyd som du vil, ta en zillion-bilder, få dem merket med hvem de er og når det skjedde. Du kan sende kommunikasjon via sosiale medier til millioner av mennesker samtidig gratis. Dette er utrolig supermakt som USAs president hadde ikke tjue år siden. "

Måten Musk ser det, vil Neuralinks BCIs koble det digitale tertiære laget direkte til hjernen - det er ikke nødvendig å skrive kommandoer med fingrene eller tommelen på telefoner, bærbare datamaskiner eller tabletter. disse maskinene vil allerede være langt foran deg. Men hva slags utfordringer må overvinnes for at det skal skje? For det første trenger du en enhet som kan overføre mye data frem og tilbake trådløst fra innsiden av hjernen. Dagens impliserbare BCI involverer ledninger som stikker ut av fagets hode, men det er noen spennende fremskritt på versjoner som ikke gjør det.

I fjor viste forskere ved University of California Berkeley sin såkalte Neural Dust, små trådløse sensorer som kan gå inn i kroppen og spore nervesignaler og muskler i sanntid. Vel, det er ideen uansett.

De 1 mm kuber inneholder piezoelektriske krystaller som gjør ultralydsvibrasjoner fra utsiden av kroppen til elektrisitet som driver en innebygd transistor. Denne transistoren sitter mot nerveen og måler elektrisk aktivitet, og sender noen spenningspenner til ultralydsenheten utenfor kroppen for analyse. Disse har allerede blitt implantert i rotterens muskler og perifere nerver, men forskerne håper lenger ned i sporet de kan gjøre seg inn i menneskets hode.

"Teknologien er egentlig ikke der ennå for å komme til målestørrelsen på 50 mikron, som vi ville trenge for hjernen og sentralnervesystemet, " Jose Carmena, en nevrologer som bidro til å utvikle neuralt støv, sa da. "Når det er klinisk bevist, vil imidlertid neuralt støv bare erstatte ledningselektroder. Denne gangen, når du lukker opp hjernen, blir du ferdig. "

Denne typen ting vil fortsatt innebære hjernekirurgi, og for teknologien å nå massegodkjennelse i den måten Musk håper, vil det bli strømlinjeformet videre slik at det ligner på noe som for eksempel laser øye kirurgi.

For å lese sinnene må du først endre sinnene

Forutsatt at det trådløse problemet og båndbreddeproblemet - sammen med andre komplekse utfordringer som biokompatibilitet - kan løses, vil alle være kule med å ha disse sjetongene plantet inne i hodet?

"Bruken av chip-baserte BCIs er ikke bare en vitenskap og teknologi utfordring, det er også en folks oppfatning og villig til å tilpasse utfordringen, " sier universitetet av florida ¡¯ s Juan Gilbert oss. "Folk uten helseproblemer kan ikke være villige til å sette en brikke i hjernen deres på grunn av 'hollywood effekten. ' De ville tro at regjeringen kan prøve å kontrollere dem eller stjele deres tanker. Derfor elon og dette nye selskapet bør ha et team av forskere som konsentrerer seg om etnografi studier for å forstå hvordan, når og hvorfor folk ville bruke en brikkebasert BCI. "

Musk først forestiller seg at folk vil bruke Neuralinks teknologi for å behandle hjerneskade, som slag, problemer med mobilitet (som de som er skissert ovenfor), og andre som følge av aldring, som for eksempel tap av minne. Derfra forventer han at ting kan bevege seg ganske raskt.

"Jeg tror vi er omtrent åtte til ti år borte fra at dette kan brukes av mennesker uten funksjonshemming.

Det er viktig å merke seg at dette avhenger mye av regulatorisk godkjennelsestid og hvor godt enhetene våre jobber med funksjonshemmede, forteller han Wait But Why.

Hva ser denne fremtiden ut?

Så la oss komme fremover 10, 20, 40 år nedover banen, når det kan være at bare totale Luddites ville tørre å gå uten BCIer inne i hodet. Hva gjør vi? Hva ser kommunikasjonen ut? Må vi til og med snakke mer?

"Hvis jeg skulle formidle et konsept til deg, ville du i hovedsak engasjere seg i konsensuell telepati, sier Musk. "Du trenger ikke å verbalisere med mindre du vil legge til litt teft i samtalen eller noe, men samtalen vil være konseptuell samhandling på et nivå som er vanskelig å tenke på akkurat nå. "

Så hva Musk egentlig beskriver, er en helt annen form for kommunikasjon, en som er umulig for oss å pakke inn våre dumme, ikke-datamaskinforbedrede hoder rundt. En slik plattform ville ikke bare skrive på fingeren på en gammel mobiltelefon på mobiltelefonen, det ville gjøre det samme for tale, vårt primære kommunikasjonsmiddel i tusenvis av år.

Alle tankene som raser rundt i hodet ditt, gir mye mer informasjon enn det som umiddelbart kan formidles på engelsk, fransk eller mandarin, inkludert alle nyanserte følelser, halvbakte ideer, flyktige øyeblikk av inspirasjon, adrenalin, spenning og frykt. Å plante en hjerneavlesningsenhet inne i hodet kan åpne opp helt nye måter å uttrykke seg selv på.

Hva føles det å ha en nær barbering med døden? Poeng vinnende touchdown i en Superbowl? Opplev sann kjærlighet og brøt hjertet ditt? Hva med andre erfaringer som utfordrer ord? At Musk ser denne fremtiden som ikke bare mulig, men viktig for vår overlevelse, er litt foruroligende, men hei, det slår å bli en huskatt.

Mind reading machines: Hva ser kommunikasjonen ut om 20 år? (Kreditt: vitstudio / Depositphotos)

En quadriplegic kvinner tar en bit av sjokolade ved hjelp av en robotarm (Kreditt: UPMC)

I april i fjor holdt neuroscientists ved University of Florida den første Brain Drone Race

Brain Drone Race var en måte å fange fantasi og inspirere videre utvikling i BCI-området

26-åringen Ian Burkhart hadde hatt en dykkeskade i 19-årsalderen som forlot ham quadriplegic, men har nå en brikke i hjernen som tillater ham å bruke hendene

Dr Ali Rezai (venstre) med sin pasient Ian Burkhart

Tilbake i 2014 implanterte Dr. Ali Rezai en liten 4 x 4 mm mikrochip på overflaten av Ian Burkharts motorcortex

Det første EEG-headsettet fra Emotiv Systems var en av de tidlige versjonene som var målrettet mot forbrukerne

Forskerne bak Neural Dust håper å krympe de trådløse sensorene ned til en 50 mikron størrelse for å passe dem inn i hjernen

Neural Dust består av små trådløse sensorer designet for å gå inn i kroppen og spore nervesignaler og muskler i sanntid (Kreditt: Ryan Neely)

Tale? Det er så 21st århundre. Nå kan vi bare tenke våre tanker til hverandre. (Kreditt: agsandrew / Depositphotos)

"Vi har allerede et digitalt tertiært lag på en måte, fordi du har din datamaskin eller din telefon eller dine programmer, " sier elon musk (kreditt: peus / innskudd bilder)

Anbefalt Redaksjonens