Telepati, rundt det 23. århundre: Vulcan mind meld, oppnådd ved å berøre templene med fingertuppene, er en akseptert teknikk for å fremme plot av en "Star Trek" -episode med et minimum av dialog, ved å dele sanseinntrykk, minner og tanker mellom ikke-menneskelige karakterer.
Relaterte leser
Utover grensene
KjøpeRelatert innhold
- Dette hjerneslaget kan tillate deg å skrive med hjernen din
Telepathy, 2015: Ved Center for Sensorimotor Neural Engineering ved University of Washington, dont en ung kvinne en elektroencefalogram hette, besatt med elektroder som kan lese minutt svingninger i spenning over hjernen hennes. Hun spiller et spill, svarer på spørsmål ved å vri blikket til et av to strobelys med merket “ja” og “nei.” “Ja” -lyset blinker 13 ganger i sekundet, “nei” på 12, og forskjellen er for liten til at hun kan oppfatte, men tilstrekkelig til at en datamaskin kan oppdage i avfyringen av nevroner i hennes visuelle cortex. Hvis datamaskinen bestemmer at hun ser på “ja” -lyset, sender den et signal til et rom i en annen bygning, der en annen kvinne sitter med en magnetisk spole plassert bak hodet. Et "ja" -signal aktiverer magneten, noe som forårsaker en kort forstyrrelse i det andre motivets synsfelt, en virtuell blits (en "fosfene") som hun beskriver som beslektet med utseendet til varme lyn i horisonten. På denne måten blir den første kvinnens svar formidlet til en annen person på campus, og blir “Star Trek” en bedre: utveksling av informasjon mellom to sinn som ikke en gang er på samme sted.
I nesten hele menneskehetens historie var det bare de fem naturlige sansene som kjent for å tjene som en vei inn i hjernen, og språk og gester som kanalene ut. Nå bryter forskere disse grensene for sinnet, flytter informasjon inn og ut og over rom og tid, manipulerer den og potensielt forbedrer den. Dette eksperimentet og andre har vært en "demonstrasjon for å få samtalen i gang, " sier forsker Rajesh Rao, som gjennomførte den sammen med sin kollega Andrea Stocco. Samtalen, som sannsynligvis vil dominere nevrovitenskapen i store deler av dette århundret, har løftet om ny teknologi som vil dramatisk påvirke hvordan vi behandler demens, hjerneslag og ryggmargsskader. Men det vil også handle om etikken til kraftige nye verktøy for å styrke tenkning, og til slutt selve bevissthetens og identiteten.
Den nye studien vokste ut av Raos arbeid i "hjerne-datamaskin-grensesnitt", som behandler nevrale impulser til signaler som kan kontrollere eksterne enheter. Å bruke en EEG til å kontrollere en robot som kan navigere i et rom og hente gjenstander - som Rao og kollegene demonstrerte så langt tilbake som 2008 - kan være vanlig en dag for quadriplegics.
Robotiske skjeletter med taktile sensorer, som er holdt av Miguel Nicolelis, oppdager endringer i posisjon, temperatur og trykk og sender den informasjonen til hjernen. (Paulo Whitaker / Reuters / Corbis) 
For å overvåke hjernen ikke-invasivt, passer Rajesh Rao studiedeltakere med EEG-kapsler og tilfører ledende gel slik at hodebunnen og elektrodene får god kontakt. (Jose Mandojana) 
Utstyret forskerne brukte i demonstrasjonen inkluderte en EEG-hette, EEG-elektroder, kabler, en kontrollboks og en signalforsterker. (Jose Mandojana) 
Apekatter i en fersk studie brukte hjernen til å kontrollere en virtuell arm og manipulere virtuelle objekter. Elektriske signaler ført tilbake til hjernen etterlignet følelsen av berøring. (Nicolelis Lab) 
Forskere bryter sinnets grenser, flytter informasjon inn og ut og på tvers av rom og tid. (Jose Mandojana) 
University of Washington-forskere Rajesh Rao (til venstre) og Andrew Stocco (til høyre) deltar i den første hjerne-til-hjerne-grensesnittdemonstrasjonen. (University of Washington) I det Rao sier var den første forekomsten av en melding sendt direkte fra en menneskelig hjerne til en annen, vervet han Stocco for å hjelpe til med å spille et grunnleggende "Space Invaders" -type-spill. Da en person så på angrepet på en skjerm og kommuniserte ved å bruke bare tankene det beste øyeblikket å skyte, fikk den andre en magnetisk impuls som fikk hånden hans uten bevisst anstrengelse å trykke på en knapp på et tastatur. Etter litt trening, sier Rao, ble de ganske flinke til det.
"Det er hyggelig, " sa jeg da han beskrev prosedyren for meg. "Kan du få ham til å spille piano?"
Rao sukket. "Ikke med noe vi bruker nå."
For alt det vitenskapen har studert og kartlagt hjernen de siste tiårene, forblir sinnet en svart boks. Et berømt essay fra 1974 av filosofen Thomas Nagel spurte: "Hvordan er det å være en flaggermus?" Og konkluderte med at vi aldri vil vite; en annen bevissthet - en annen persons, enn si et medlem av en annen art - kan aldri forstås eller få tilgang til. For Rao og noen få andre å åpne den døren for en liten sprekk, er det en bemerkelsesverdig prestasjon, selv om arbeidet stort sett har understreket hvor stor utfordring det er, både konseptuelt og teknologisk.
Datakraften og programmeringen er utfordringen; problemet er grensesnittet mellom hjerne og datamaskin, og spesielt det som går i retning fra datamaskin til hjerne. Hvordan leverer du et signal til høyre gruppe nerveceller blant anslagsvis 86 milliarder i en menneskelig hjerne? Den mest effektive tilnærmingen er en implantert transceiver som kan være kablet for å stimulere små regioner i hjernen, selv ned til en enkelt nevron. Slike enheter er allerede i bruk for “dyp hjernestimulering”, en teknikk for å behandle pasienter med Parkinsons og andre lidelser med elektriske impulser. Men det er en ting å utføre hjernekirurgi for en uhelbredelig sykdom, og noe annet å gjøre det som en del av et eksperiment hvis fordeler i beste fall er spekulative.
Så Rao brukte en teknikk som ikke innebærer å åpne hodeskallen, et svingende magnetfelt for å indusere en liten elektrisk strøm i et område av hjernen. Det ser ut til å være trygt - hans første frivillige var hans samarbeidspartner, Stocco - men det er en rå mekanisme. Det minste området som kan stimuleres på denne måten, sier Rao, er ikke helt en halv tomme. Dette begrenser bruken til grove motoriske bevegelser, for eksempel å trykke på en knapp, eller enkel ja-eller-nei-kommunikasjon.
En annen måte å overføre informasjon, kalt fokusert ultralyd, ser ut til å være i stand til å stimulere en region i hjernen så liten som et riskorn. Mens de medisinske applikasjonene for ultralyd, for eksempel avbildning og ablasjon av vev, bruker høye frekvenser, fra 800 kilohertz til megahertz-området, fant et team ledet av Harvard-radiolog Seung-Schik Yoo at en frekvens på 350 kilohertz fungerer bra, og tilsynelatende trygt, for å sende et signal til hjernen til en rotte. Signalet stammer fra en menneskelig frivillig utstyrt med en EEG, som prøvetok hjernebølgene hans; da han fokuserte på et bestemt lysmønster på en dataskjerm, sendte en datamaskin et ultralydsignal til rotten, som flyttet halen hans som svar. Yoo sier at rotta ikke viste noen dårlige effekter, men sikkerheten med fokusert ultralyd på den menneskelige hjernen er uprovokert. En del av problemet er at, i motsetning til magnetisk stimulering, mekanismen som ultralydbølger - en form for mekanisk energi - skaper et elektrisk potensial ikke blir helt forstått. En mulighet er at den opererer indirekte ved å "åpne" vesiklene, eller sekkene, i cellene i hjernen, og oversvømme dem med nevrotransmittere, som å levere et skudd med dopamin til akkurat det rette området. Alternativt kan ultralyden indusere kavitasjon - boblende - i cellemembranen og endre dens elektriske egenskaper. Yoo mistenker at hjernen inneholder reseptorer for mekanisk stimulering, inkludert ultralyd, som i stor grad har blitt oversett av nevrovitenskapsmenn. Slike reseptorer vil gjøre rede for fenomenet “å se stjerner”, eller lysglimt, for eksempel fra et slag mot hodet. Hvis fokusert ultralyd er bevist trygt, og blir en gjennomførbar tilnærming til et datamaskin-hjerne-grensesnitt, vil det åpne for et bredt spekter av uutforskede - faktisk, knapt forestilte - muligheter.
Direkte verbal kommunikasjon mellom individer - en mer sofistikert versjon av Raos eksperiment, med to sammenkoblede personer som utveksler eksplisitte uttalelser bare ved å tenke dem - er den mest åpenbare bruken, men det er ikke tydelig at en art som har språk trenger en mer teknologisk avansert måte å si " Jeg kjører sent, eller til og med “Jeg elsker deg.” John Trimper, en doktorgradskandidat i psykologi fra Emory University, som har skrevet om de etiske implikasjonene av hjerne-til-hjerne-grensesnitt, spekulerer i at teknologien, “spesielt gjennom trådløs overføringer, kan til slutt tillate soldater eller politi - eller kriminelle - å kommunisere lydløst og skjult under operasjoner. ”Det ville være i en fjern fremtid. Så langt reiste den mest innholdsrike meldingen som ble sendt hjerne-til-hjerne mellom mennesker fra et emne i India til en i Strasbourg, Frankrike. Den første meldingen, møysommelig kodet og dekodet til binære symboler av en Barcelona-basert gruppe, var " hola ." Med et mer sofistikert grensesnitt kan man forestille seg, si, et lammet slagoffer som formidlet til en pleier - eller hunden hans. Likevel, hvis det han sier er, "Ta med meg avisen, " er det, eller kommer det snart, talesynteser - og roboter - som kan gjøre det. Men hva hvis personen er Stephen Hawking, den store fysikeren plaget av ALS, som kommuniserer ved å bruke en kinnmuskel for å skrive de første bokstavene i et ord? Verden kunne sikkert dra fordel av en direkte kanal til hans sinn.
Kanskje tenker vi fortsatt for små. Kanskje en analog til naturlig språk ikke er morderen-appen for et hjerne-til-hjerne-grensesnitt. I stedet må det være noe mer globalt, mer ambisiøst - informasjon, ferdigheter, til og med rå sanseinnspill. Hva om medisinstudenter kunne laste ned en teknikk direkte fra hjernen til verdens beste kirurg, eller hvis musikere direkte kunne få tilgang til minnet om en stor pianist? “Er det bare en måte å lære en ferdighet på?” Rao tenker. "Kan det være en snarvei, og er det juks?" Det trenger ikke engang å involvere en annen menneskelig hjerne i den andre enden. Det kan være et dyr - hvordan ville det være å oppleve verden gjennom lukt, som en hund - eller ved ekkolokalisering, som en flaggermus? Eller det kan være en søkemotor. "Det er juks på en eksamen hvis du bruker smarttelefonen til å slå opp på Internett, " sier Rao, "men hva om du allerede er koblet til Internett gjennom hjernen din? Økende mål på suksess i samfunnet er hvor raskt vi får tilgang til, fordøye og bruker informasjonen som er der ute, ikke hvor mye du kan stappe inn i ditt eget minne. Nå gjør vi det med fingrene. Men er det noe iboende galt ved å gjøre det bare ved å tenke? ”
Eller det kan være din egen hjerne, lastet opp på et hvilket som helst fortrolig øyeblikk og digitalt bevart for fremtidig tilgang. "La oss si at år senere har du hjerneslag, " sier Stocco, hvis egen mor hadde hjerneslag i 50-årene og aldri gikk igjen. “Nå går du til rehab, og det er som å lære å gå på nytt. Anta at du bare kunne laste ned den evnen til hjernen din. Det ville ikke fungere perfekt, mest sannsynlig, men det ville være et stort forsprang på å gjenvinne den evnen. ”
Miguel Nicolelis, en kreativ Duke nevrovitenskapsmann og en fascinerende foreleser på TED Talks-kretsen, vet verdien av en god demonstrasjon. For verdensmesterskapet i 2014 jobbet Nicolelis - en brasiliansk-født fotball-aficionado - sammen med andre for å bygge et roboteksoskelett kontrollert av EEG-impulser, slik at en ung paraplegisk mann kunne levere det seremonielle første sparket. Mye av arbeidet hans nå dreier seg om hjerne-til-hjerne-kommunikasjon, spesielt i de svært esoteriske teknikkene for å knytte sinn til å jobbe sammen om et problem. Sinnene er ikke menneskelige, så han kan bruke elektrodeimplantater, med alle fordelene som formidler.
Et av de mest slående eksperimentene hans involverte et par labyrotter, lærte sammen og beveget seg i synkroni når de kommuniserte via hjernesignaler. Rottene ble trent i et innhegning med to spaker og et lys over hver. Lyset til venstre eller høyre ville blinke, og rottene lærte å trykke på den tilsvarende spaken for å motta en belønning. Deretter ble de separert, og hver utstyrt med elektroder til motorbarken, koblet via datamaskiner som samplet hjerneimpulser fra en rotte ("koderen"), og sendte et signal til et sekund ("dekoderen"). "Koderen" rotte ville se en lysblink - si den venstre - og skyve den venstre spaken for å få belønning; i den andre boksen, ville begge lysene blinke, så "dekoderen" ville ikke vite hvilken spak han skulle skyve - men når han mottok et signal fra den første rotten, ville han også gå til venstre.
Nicolelis la til en smart vri på denne demonstrasjonen. Da dekoderrotten tok det riktige valget, ble han belønnet, og koderen fikk også en andre belønning. Dette tjente til å forsterke og styrke de (ubevisste) nevrale prosessene som ble samplet i hjernen hans. Som et resultat ble begge rotter mer nøyaktige og raskere i svarene sine - "et par sammenkoblede hjerner ... overførende informasjon og samarbeid i sanntid." I en annen studie kablet han tre aper for å kontrollere en virtuell arm; hver kunne flytte den i en dimensjon, og mens de så på en skjerm lærte de å samarbeide for å manipulere den til riktig sted. Han sier at han kan tenke seg å bruke denne teknologien for å hjelpe et hjerneslagoffer å gjenvinne visse evner ved å knytte hjernen til nettverket til en sunn frivillig, og gradvis justere proporsjonene av input til pasientens hjerne gjør alt arbeidet. Og han mener dette prinsippet kunne utvides på ubestemt tid, for å verve millioner av hjerner til å jobbe sammen i en "biologisk datamaskin" som taklet spørsmål som ikke kunne stilles, eller besvares, i binær form. Du kan spørre dette nettverket av hjerner om meningen med livet - du får kanskje ikke et godt svar, men i motsetning til en digital datamaskin, ville "det" i det minste forstå spørsmålet. Samtidig kritiserer Nicolelis forsøk på å etterligne sinnet i en digital datamaskin, uansett hvor kraftig de sier at de er "falske og sløser med milliarder av dollar." Hjernen fungerer etter forskjellige prinsipper og modellerer verden analogt . For å formidle dette, foreslår han et nytt konsept han kaller “Gödelian informasjon”, etter matematikeren Kurt Gödel; det er en analog fremstilling av virkeligheten som ikke kan reduseres til byte, og som aldri kan fanges opp av et kart over forbindelsene mellom nevroner ("Last opp ditt sinn", se nedenfor). "En datamaskin genererer ikke kunnskap, utfører ikke introspeksjon, " sier han. "Innholdet i en rotte, ape eller en menneskelig hjerne er mye rikere enn vi noen gang kunne simulere med binære prosesser."
Forgrunnen til denne forskningen involverer faktiske hjerneproteser. Ved University of South California utvikler Theodore Berger en mikrochipbasert protese for hippocampus, den delen av pattedyrhjernen som behandler kortsiktige inntrykk til langtidsminner. Han banker inn i nevronene på inngangssiden, kjører signalet gjennom et program som etterligner transformasjonene hippocampus normalt utfører, og sender det tilbake i hjernen. Andre har brukt Bergers teknikk for å sende minnet om en lærd oppførsel fra en rotte til en annen; den andre rotten lærte deretter oppgaven på mye kortere tid enn vanlig. Dette arbeidet er bare gjort på rotter, men fordi degenerasjon av hippocampus er et av kjennetegnene på demens hos mennesker, sies potensialet i denne forskningen å være enormt.
Gitt de omfattende påstandene for det fremtidige potensialet for hjerne-til-hjerne-kommunikasjon, er det nyttig å liste opp noen av tingene som ikke blir gjort gjeldende. For det første har det ingen implikasjoner at mennesker har noen form for naturlig (eller overnaturlig) telepati; spenningene som flimrer inne i skallen din er bare ikke sterke nok til å bli lest av en annen hjerne uten elektronisk forbedring. Heller ikke signaler (med noen teknologi vi har, eller ser for oss) overføres eller mottas underverksomme eller på avstand. Arbeidet i tankene dine er trygt, med mindre du gir noen andre nøkkelen ved å underkaste deg et implantat eller en EEG. Det er imidlertid ikke for tidlig å begynne å vurdere de etiske implikasjonene av fremtidig utvikling, for eksempel evnen til å implantere tanker hos andre mennesker eller kontrollere deres oppførsel (for eksempel fanger) ved å bruke enheter designet for disse formålene. "Teknologien overgår den etiske diskursen på dette tidspunktet, " sier Emory's Trimper, "og det er der ting blir terningkastig." Tenk på at mye av hjernetrafikken i disse eksperimentene - og absolutt alt som Nicolelis 'visjon om hundrevis eller tusenvis av hjerner å jobbe sammen - innebærer kommunikasjon over Internett. Hvis du nå er bekymret for noen som hacker kredittkortinformasjonen din, hvordan ville du føle det når du sender innholdet i hodet ditt til skyen? Det er imidlertid et annet spor der hjerne-til-hjerne-kommunikasjon studeres. Uri Hasson, en neuroscientist fra Princeton, bruker funksjonell magnetisk resonansavbildning for å undersøke hvordan en hjerne påvirker en annen, hvordan de er koblet sammen i en intrikat dans av signaler og tilbakemeldingsløkker. Han fokuserer på en kommunikasjonsteknikk som han anser som langt overlegen EEG-er som brukes med transkraniell magnetisk stimulering, er ikke-invasiv og sikker og krever ingen Internett-tilkobling. Det er selvfølgelig språk.
