Agy-gép interfész

 

Dr Eric Eisenstadt a floridai Institute for Human & Machine Cognition (IHMC) vezető kutatója, többek között a Légierő Kutatási Laboratóriumának /AFRL/, a Defense Advanced Projects Research Agency (DARPA) és a Defense Threat Reduction Agency (Védelmi Fenyegetéscsökkentő Ügynökség) számára nyújt tudományos és technikai tanácsadást. Előtte a Haditengerészeti Kutatási Hivatal /ONR/ programfelelőse volt. Kormányzati szolgálata előtt Eisenstadt a Harvard Egyetem Közegészségügyi Iskolájának tanára volt a Mikrobiológiai Tanszéken és a Toxikológiai Laboratóriumban.

 

Dr. Eric Eisenstadt /Védelmi Tudományos Hivatal (DSO)/ írása /2002/

Hivatalunk igazgatója, Michael Goldblatt röviden kitért az ügynökség biológiai jövőképére és annak négy összetevőjére: a rendszer teljesítményének fokozása, az emberi erőforrások védelme, az emberi teljesítmény fokozása és új eszközök kifejlesztése a biológia számára. A Védelmi Tudományos Hivatal rövid áttekintésének lezárásaként örülök, hogy lehetőségem nyílik ismertetni legújabb és legmerészebb kezdeményezésünket az emberi teljesítmény fokozása terén - az agy-gép interfészt. Ez a program jól példázza, hogy az iroda hogyan egyesíti az anyagokkal, a biológiával és a matematikával kapcsolatos szakértelmét, hogy olyan új, fantáziadús lehetőségeket teremtsen, amelyek több tudományág határterületén élnek. Képzeljük el azt az időt, amikor az emberek az elektromágneses spektrum UV és IR tartományában látnak, vagy amikor beszédet hallanak egy repülőgép-hordozó zajos fedélzetén; vagy amikor a katonák csak gondolat útján kommunikálnak. Képzeljük el azt az időt, amikor az emberi agy saját vezeték nélküli modemmel rendelkezik, így a gondolatok helyett a harcosok gondolatai cselekszenek. Később a DARPATech során az IPTO-tól hallhatnak majd az intelligens gépek létrehozására irányuló erőfeszítésekről. Az agy-gép interfész programunk célja, hogy gépszerű képességeket adjunk az intelligenciának, megkérve az agyat, hogy alkalmazkodjon a szintetikus eszközökhöz, és megtanuljuk, hogyan irányítsuk ezeket az eszközöket, hasonlóan ahhoz, ahogyan ma a karjainkat és a lábainkat irányítjuk. Ennek a víziónak a megvalósításához vezető utunk interdiszciplináris - a DARPA alapító beruházásaira támaszkodva, az anyagtudomány, a matematika és természetesen a biológia legjavát ötvözve. Az agy teljesítménye dinamikus és elképesztő. Talán 100 trillió összeköttetést tartalmaz; ez jóval több, mint a Pentium 4 chip 55 millió tranzisztora. Korunk egyik nagy kihívása annak megértése, hogy ezeket a kapcsolatokat hogyan használják az információ feldolgozására és a viselkedés irányítására. A DARPA számos dimenzióban vizsgálja az agyat, a farmakológiától, és a fiziológiától a tanulásig, és a viselkedésig.
Számos törekvés foglalkozik az agy adatfeldolgozási, adatmegőrzési képességének javításával, akár a tudás vizualizációjának javításával, akár az agy információ rögzítésére, és az adatok memóriába rögzítésére irányuló képességének aktív visszacsatolásával, nyomon követésével. Más erőfeszítések a kognitív folyamatok farmakológiai beavatkozásának célpontjait, és molekuláit értékelik. Számos program a DARPA anyagtudományi erősségére támaszkodva olyan eszközöket fejleszt ki, amelyek nagyságrendekkel sűrűbbek a jelenleg elérhető eszközöknél. És ami a legfontosabb, számos kezdeményezés kihasználja a Védelmi Minisztérium történelmi képességét az adatok zajos környezetben történő lokalizálására. Egyedülálló jelfeldolgozási képességeinket fogjuk bevetni, hogy segítsünk megfejteni az agy nyelvét, miközben megtanuljuk rögzíteni az egymással az akciós potenciálok, helyi mezőpotenciálok, és a kémiai jelek nyelvén kommunikáló neuronok millióinak fecsegését. Közel két évvel ezelőtt a Science, és a Nature elkezdett cikkeket közölni Alan Rudolph irányított biológiai rendszerek programjának egyik projektjéről, amelyből kiderül, hogy a méhek az optikai áramlási adatokat térbeli koordinátákra fordítják le, és így közlik a táplálékforrás helyét a méhcsaládtagjaikkal. /Szerk: Alan Rudolph és csapata méheket tanít be arra, hogy kiszagolják a TNT összetevőit, bombák detektálására használják e rovarokat. Ehhez egy sószem nagyságú érzékelőt helyeznek el rajtuk. https://www.theguardian.com/world/2002/may/14/highereducation.research/  A rovarok tehát az optikai áramlásfeldolgozási stratégiákat használják a mozgásérzékelésben, hogy nagy manőverezőképességgel és sebességgel navigáljanak a célpontok üldözése, az ütközések elkerülése, és a szaporodó társak megtalálása során. Ezt a képességet szilíciumban utánoztuk olyan mikrochipek tervezésével, amelyek kis, pilóta nélküli járműveket irányítanak a rovarok manőverezőképességével. Bemutattunk egy autonóm helikoptert, amely képes lebegni, nagy sebességgel követni a terepet, és elkerülni az ütközést optikai áramlás segítségével. Tervezzük chip használatát egy 1 centiméter hosszú mikromechanikus repülő rovarban is.
És végül, hogy a lehető legtöbbet kapjuk a pénzünkért, elkezdtünk együttműködni a haditengerészettel China Lake-ben, hogy egy biomimetikus keresőt helyezzünk el egy hidrorakétán. Arra fogadunk, hogy egy meglehetősen alacsony felbontású rakétával, amely biológiai ihletésű jelfeldolgozó algoritmusokat használ az elülső végén, nagyobb pontossággal lehet mozgó célpontot találni, és eltalálni. Agy-gép

interfész programunk előfutára egy szabadon mozgó patkány, vezeték nélküli agymodemjének létrehozásával kezdődött. Itt képesek vagyunk valós időben, nagy távolságban olyan interakciókat létrehozni az aggyal, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy egy patkány motoros viselkedését irányítsuk. Ennek a törekvésnek a célja, hogy távoli távműködtetést alkalmazzunk az aggyal való közvetlen összeköttetésen keresztül. Ezek az implantátumok egy évig vagy még tovább is megmaradhatnak az agyban, és a patkány irányítására szolgálnak azáltal, hogy pozitív jutalmakat biztosítanak a patkányoknak (vagy más állati rendszereknek), ha azok bizonyos kívánságoknak megfelelően teljesítenek.  Ahogy ez a Roboratról készült film is mutatja, a patkányt szokatlan és igen ügyes mozgásra lehet irányítani. Itt a Roborat azt mutatja be, hogy olyan mobilitást és dinamikus képességet érhetünk el a helyváltoztatásban, amely nagyon hasznos lehet a keresés, mentés, vagy más megfigyelési lehetőségek során. A legtöbb robotikus értékelni tudja, hogy a laboratóriumukban nincs semmi, ami így tudna mozogni. A következő nyilvánvaló lépés ebbe az irányba a nagyobb sűrűségű összeköttetések használata az agyból származó információk létrehozására, összegyűjtésére, az érzékszervi bemenethez kapcsolódó más régiókban. Miért? Csak egy példa: képzeljük el, ha csatlakozhatnánk az agy szagló kéreg régiójához, és távolról értelmezhetnénk, hogy egy állatnak milyen szaga van.  Ez kokain? Robbanóanyag? Egy patkányfélő ember? Talán olvashattak nemrégiben egy retinaimplantátummal végzett klinikai kísérletekről, melynek során egy mindössze 16 elemből álló tömböt hordozó protézist alkalmaztak, amely lehetővé tette a vak betegek számára, hogy megkülönböztessék a fényt a sötéttől, és az árnyéktól. Ahhoz azonban, hogy egy vak ember képeket lásson, a látásprotéziseknek sokkal nagyobb felbontásra van szükségük. Hamarosan kiderül, mi történik, ha nagy sűrűségű összeköttetéseket csatlakoztatunk a vizuális érzékelő rendszerhez.
Az Ellenőrzött Biológiai Rendszer Program egy másik projektje, - a John Hopkins Egyetem és a Naval Research Laboratory kutatóinak közös munkája - egy 3200 elemet tartalmazó nanocsatornás üvegtömb kifejlesztése, amely képes kommunikálni a retinával, szemben a jelenlegi kísérleti eszközökben használt 16 elemmel. A digitális kamerából származó képeket, a nagy sűrűségű nanocsatorna tömbön keresztül továbbítják a retinára, és az agyba, ahol képet készítenek.  A digitális kamerától a nanohálózatba történő képszállításhoz most vezetékeket használnak. A jövőben azonban a képeket vezeték nélkül fogják továbbítani. Várhatóan körülbelül egy éven belül az új, nagy felbontású eszköz humán klinikai vizsgálatokba kerül. Ezek és más, az aggyal való nagy sűrűségű összeköttetésekkel kapcsolatos projektek arra csábították a DARPA-t, hogy tovább vizsgálja az agy más régióival való kölcsönhatásokat. Új, nagy sűrűségű összeköttetéseket hozunk létre az agy-gép interfészekhez, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy a Védelmi Minisztérium számára fontos viselkedések, tevékenységek széles skálájához kapcsolódó agyi mintázatokat figyeljük. Ezért a nemrégiben indított agy-gép interfész program.  Ezt a programot azért indították el, hogy demonstrálja az agyi aktivitás felhasználását a világgal való közvetlen, agyi interfészeken keresztül történő parancsadásra, irányításra, működtetésre és kommunikációra.  Kezdetben ezek a kölcsönhatások perifériás eszközökkel történnek, de végső soron egy másik aggyal való kölcsönhatás is lehet. Az első perifériás eszközök robotkarok voltak. Három, a DARPA által támogatott kutatócsoport nemrégiben bizonyította, hogy amikor egy majmot egy perifériás motoros feladat elvégzésére, például egy gyümölcsdarabért való nyúlásra tanítanak, az ehhez a viselkedéshez kapcsolódó végrehajtó parancstevékenységet el lehet fogni, majd fel lehet használni az ugyanilyen mozgásokat végrehajtó mesterséges eszközök vezérlésére. Egy zárt hurokban a majom megtanulhat egy perifériás eszközt, - vagy egy kurzort a képernyőn - kizárólag az agya végrehajtó motoros parancsainak felhasználásával irányítani.
/Szerk: Nemrégiben Elon Musk, a Space-X vezérigazgatója büszkélkedett majmával, aki a Neuralink segítségével, gondolati úton irányított egy számítógépes játékot, tehát a kísérletek nagyon előrehaladott állapotban vannak./

Keményen dolgozunk azon, hogy tanulmányozzuk, hogyan lehet közvetlenül az agynak visszajelzést adni a perifériás eszközzel szerzett tapasztalatokról. Az agy-gép interfész program arra kéri az agyat, hogy alkalmazkodjon a szintetikus eszközökhöz, és tanulja meg, hogyan irányítsa ezeket az eszközöket, hasonlóan ahhoz, ahogyan mi irányítjuk a karunkat és a lábunkat. Számos fontos új anyagokkal, jelfeldolgozással kapcsolatos kérdést fogunk feltenni a Védelmi Minisztériummal kapcsolatos összetettebb technológiák, például az exoskeletonok vagy a repülőgépek irányítása tekintetében. Emellett még az agy-gép interfész víziójának legagresszívabb támogatói is elismerik, hogy hosszú távon szükség van arra, hogy képesek legyünk noninvazív módon rögzíteni az agy belső kommunikációját, hogy meghallgassuk és megértsük anélkül, hogy hardvert kellene beültetnünk. Ki tudja ... ha képesek leszünk lehallgatni az agyat, talán szét tudjuk választani a csalást a becsületességtől, az igazságot a fikciótól. Micsoda hazugságvizsgáló lenne! Az ehhez szükséges készségek - matematika, biológia, anyagtudomány, fizika és képzelőerő - a Védelmi Tudományos Hivatal számos erősségét képviselik.
Köszönöm

Forrás: https://www.darpa.mil/DARPATech2002/presentations/dso_pdf/speeches/EISENSTADT.pdf