Neuronální implantáty: k absolutnímu sociálnímu ovládání?
3. dubna 2005
Alain Goumy
informatik, 57 let, Orléans. Kontakt: alain.goumy
tiscali.fr
Díky miniaturním elektrodám vloženým na povrch mozku je již dnes možné přímo myšlením ovládat určité zařízení. Takové „neuronální implantáty“ jsou v současnosti předmětem studií na několika univerzitách a soukromých společnostech, což je možné díky občanským i vojenským dotacím. Měli bychom se bát, že tato výzkumná práce otevírá cestu k absolutnímu sociálnímu ovládání našich myšlenek a jednání?
BrainGate
Výsledky předběžné studie použití neuronálního implantátu byly nedávno prezentovány [1]. Tato studie se zabývá systémem pojmenovaným BrainGate ("Mozková brána"), vyvinutým společností Cyberkinetics [2], který umožňuje postiženým pohybovými poruchami snadno ovládat různé zařízení, jako jsou počítače, domácí spotřebiče nebo lékařské přístroje, přímo myšlením.
Tento systém, založený na implantátu tvořeném maticí 10×10 elektrod, každá tenčí než vlákno vlasu, je určen k implantaci chirurgem na povrch mozku pro zachycení elektrických signálů z oblasti řídící pohyby (motorické kůry). Umožňuje tak současně sledovat činnost 100 neuronů. Tyto signály jsou přenášeny kabelem přes lebku k externímu zařízení umístěnému ve židli. Po analýze elektronickými a počítačovými metodami jsou potřebné příkazy odeslány zařízením, která mají být ovládána.
Od svého vložení v červnu 2004 se první pacient, mladý muž s čtyřčlennou paralýzou, naučil zapínat a vypínat osvětlení, ovládat televizi nebo číst svou elektronickou poštu pouze myšlením. Dosažení tohoto úspěchu mu dokonce nevyžaduje zvláštní koncentraci, protože může dělat toto i při běžném hovoru.
Definitivní výsledky pilotní studie, ve které se mělo účastnit ještě čtyři další tetraplegiky, budou zveřejněny v průběhu roku 2005.
(Čtenáři, kteří chtějí prohloubit své znalosti o fungování nervového systému, mohou navštívit webovou stránku (v francouzštině), jejíž odkaz uvádím v [3].)
Univerzita Brown
Výzkum, který vedl k vytvoření systému BrainGate, byl proveden na univerzitě Brown. Tato univerzita sídlící v Providence (Rhode Island) založila multidisciplinární program výzkumu mozku (Brown University’s Brain Science Program – BSP) [4].
Především laboratoř neurověd [5] profesora Johna Donoghuea vyvinula tento projekt. Financování bylo zajištěno jak občanským orgánem (National Institute of Neurological Disease and Stroke), tak vojenským orgánem (DARPA), jehož cíle budu v dalším textu podrobněji prozkoumat.
John Donoghue je také jedním z zakladatelů společnosti Cyberkinetics. Tato „start-up“ založená v roce 2001 zajišťuje komerční využití a další vývoj produktů vycházejících z univerzitního výzkumu v oblasti zpracování neuronální informace, zejména systému BrainGate. Taková činnost je však ve Francii stále poměrně vzácná, zatímco ve Spojených státech amerických je to běžná praxe.
John Donoghue udělal v roce 2004 v listopadu interview pro časopis Discover [6]. Z něj jsem vybral tento odstavec, který může způsobit chlad v zádech:
Kdyby byl kód mozku rozluštěn, znamená to, že mé myšlenky budou jednou možné přečíst? D: Ano, pokud věříte, že špičková činnost a populace buněk jsou jádrem mozku – což nemusí být pravda. Může být v tom více. Ale pokud by to bylo jen to, a mohli byste zachytit všechny tyto signály pomocí milionů elektrod, pak teoreticky byste měli schopnost obnovit všechno, co se děje ve vaší hlavě, vidět své sny a poznat vaše myšlenky.
[ Kdyby byl kód mozku rozluštěn, znamená to, že mé myšlenky budou jednou možné přečíst? D: Ano, pokud věříte, že špičková činnost a populace buněk jsou jádrem mozku – což nemusí být pravda. Může být v tom více. Ale pokud by to bylo jen to, a mohli byste zachytit všechny tyto signály pomocí milionů elektrod, pak teoreticky byste měli schopnost obnovit všechno, co se děje ve vaší hlavě, vidět své sny a poznat vaše myšlenky. ]
Zatím jsme to nejsme, ale cesta je otevřená...
Čtenáři zájemci o technické detaily systému BrainGate najdou užitečné informace v dokumentu (69 stran anglicky), jehož odkaz uvádím v [7].
Přečtením tohoto dokumentu je zřejmé, že neuronální implantáty budou v budoucnosti umožňovat nejen ovládání zařízení, ale také přijímání senzorických informací, které budou zpětně přenášeny do mozku pro lepší interakci s ovládanými zařízeními (viz 6.6, str. 29 a 30).
DARPA
DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) [8] je agentura Ministerstva obrany Spojených států amerických. Přestože je pro veřejnost prakticky neznámá, hraje významnou roli, protože představuje centrální orgán pro výzkum a vývoj tohoto ministerstva.
Mezi oblastmi, které financuje, se nacházejí v sekci „Bio: Info: Micro Projects“ [9] projekty zaměřené na vývoj neuronálních rozhraní.
Cíle jsou popsány takto:
Společným zaměřením těchto snah je interakce mezi biologickým zpracovatelem informací – mozku – a syntetickými sítěmi nano- a mikrozařízení. Zaměřením se na tyto interakce hledá DARPA hlubší pochopení neuronální a synaptické organizace mozku a nakonec použití tohoto poznání jako vodítko pro návrh nových schopností ministerstva obrany v oblastech zpracování signálů, výpočtů a lidsko-strojového rozhraní.
[ Interakce mezi biologickým systémem zpracování informací – mozku – a syntetickými sítěmi nano- a mikrozařízení je společným zaměřením těchto snah. Zaměřením se na tyto interakce hledá DARPA hlubší pochopení neuronální a synaptické organizace mozku a nakonec použití tohoto poznání jako vodítko pro návrh nových schopností ministerstva obrany v oblastech zpracování signálů, výpočtů a lidsko-strojového rozhraní. ]
Zde otevírám „vědeckofiktivní“ poznámku:
- Můžeme představit vojenské aplikace v blízké budoucnosti, jako je řízení bojových letounů nebo ovládání zbraní, kde snížení reakčních časů díky odstranění prodlev přenosu nervových impulsů bude rozhodujícím výhodou na bojišti.
- V delším horizontu může dojít k integraci lidí do počítačových systémů rozhodování. Jejich mozek by pak sloužil jako „bio-informační procesor“ a plnil funkce, pro které jsou klasické počítačové systémy nevhodné, zejména řešení neočekávaných problémů (nebudete muset jejich věznit do skříně uprostřed elektronických obvodů; stačí jednoduchá spojení s počítačovou sítí, pravděpodobně bezdrátově, z jejich běžné pracovní stanice).
Po uzavření této poznámky se vracím k současné situaci.
Laboratoř neurověd Johna Donoghuea obdržela od DARPA dotaci na studii pojmenovanou „Coupling of Brain with Microstructured Electronic/Optoelectronic Arrays: Interactive Computation at the Bio:Info:Micro Interface“, která se zabývá spojením mozku s mřížkami nanotechnologických elektronických a optoelektronických obvodů. Tato studie nepřímo zahrnuje projekt „BrainGate“, ale informací o ní jsem našel jen málo. Podle těžko čitelné prezentace [10] se studie v současnosti zaměřuje na použití nanosenzorů v blízkosti neuronů s cílem vytvořit obrázky aktivity mozku. Použití nanotechnologií pro spojení s mozkem je zatím nezdá se na pořadu dne.
(Pokud jsou vám nanotechnologie stále záhadou, navštivte stránky úvodního přehledu k molekulární nanotechnologii (v francouzštině), jejichž odkaz uvádím v [11].)
DARPA také financuje univerzitu státu Arizona na studii pojmenované „Advanced Neural Implants and Control“. Obecný přehled najdete v dokumentu (66 stran anglicky), jehož odkaz uvádím v [12].
Z něj jsem vybral (str. 17) velmi zajímavou ilustraci zobrazující konec implantátu. Již nejde o jednoduchou pasivní elektrodu, jak je vidět, ale o komplex aktivních zařízení s více funkcemi.
Zvláště si všimněte:
- struktur pro uložení bioaktivních komponent (Bioactive Component Storage Structures)
- zařízení pro záznam elektrických signálů a elektrické stimulace neuronů (Electrical Recording/Stimulating Surfaces)
- aktivní zařízení založená na tranzistorech s efektem pole, bez další specifikace (Active FET Devices, ChemFETs)
- další aktivní zařízení pro tepelnou, magnetickou nebo tlakovou stimulaci (Other Active Devices)
- mikrokanály určené pro přenos tekutin (Fluid Microchannels)
Díky těmto zařízením budou možné různé formy interakce s neurony a synapsami: elektrická (dvoucestná), tepelná, magnetická, chemická atd. Tak se nabízí prakticky neomezené možnosti pro experimentování, jak pro získávání neuronálních signálů, tak pro stimulaci neuronů.
Dveře jsou nyní otevřené – jak k nejlepšímu, tak k nejhoršímu. Nejlepší: budou dosaženy významné pokroky ve zpracování postižení – paralýza, hluchota, slepota, invalidizující nervové nemoci. Nejhorší: budou k dispozici prostředky pro absolutní mentální ovládání celých populací a někteří mohou být vyzváni k jejich použití. Doufáme, že zbytky lidské moudrosti umožní vyhnout se nejhoršímu.
Pro hlubší studium tématu
Zde jsem shrnul seznam dokumentů, které jsem při přípravě tohoto článku použil. V nich najdete mnoho informací pro hlubší pochopení tématu, pokud si to přejete. Bohužel jsou prakticky všechny dokumenty v angličtině.
Pro zobrazení dokumentu klikněte jednoduše na jeho číslo.
Pokud ještě nemáte program pro zobrazení PDF souborů, nainstalujte si Adobe Reader.
[1] Článek univerzity Brown o výsledcích pilotní studie systému BrainGate (anglicky)
[2] Webová stránka společnosti Cyberkinetics Neurotechnology Systems, Inc. (anglicky)
[3] Stránky Neurobranchů: všechny tajemství nervového systému (francouzsky)
[4] Webová stránka programu výzkumu mozku univerzity Brown (anglicky)
[5] Webová stránka laboratoře neurověd univerzity Brown (anglicky)
[6] Interview Johna Donoghuea v časopise Discover z listopadu 2004 (anglicky)
[7] Podrobné principy neuronálního protézu BrainGate (PDF dokument anglicky, 69 stran)
[8] Domovská stránka DARPA (anglicky)
[9] Stránka prezentace výzkumných programů DARPA v oblasti bioinformatiky (anglicky)
[10] Stránka prezentace projektu „Vývoj nanosenzorů pro optické zobrazování neuronální aktivity“ univerzity Brown (anglicky, nefunguje s všemi prohlížeči)
[11] Úvod do molekulární nanotechnologie (francouzsky)
[12] Popis projektu DARPA o neuronálních implantátech prováděného na univerzitě státu Arizona (PDF dokument anglicky, 66 stran)
[13] Popis bezdrátových neuronálních mikroimplantátů týmem výzkumníků z univerzity Michigan (PDF dokument anglicky, 22 strany)
[14] Návrh univerzity Michigan na aplikaci biotechnologií u vojáků (PDF dokument anglicky, 26 stran)
Počet návštěv této stránky od 4. dubna 2005 :
