Die Matrix kommt! Musks Gehirnmaschine wird in den menschlichen Körper implantiert, indem er 10.000-Mikron-Elektroden vergräbt, um das Gehirn abzuhören

In Ihrem Kopf gibt es ein komplexes Netzwerk – 86 Milliarden Schalter.

Wiegt 2,5 Pfund und verbraucht nur 20 W Strom, was dem Energieverbrauch einer Glühbirne entspricht.

Aber es hat unendlich viele Wunder in der Bioelektronik hervorgebracht!

Das Gehirn ist ein elektronisches Organ?

Der Kern der Hirnforschung ist die Anwendung von Sensortechnologie.

Ob wir mit Kopfhautelektroden, MRT oder neu entwickelten Chip-Implantationsmethoden vertraut sind, wir alle versuchen, dieses mysteriöse Organ zu erforschen.

Kürzlich hat Imec, ein belgisches nanodigitales Forschungsinstitut, den Neuropixels-Detektor entwickelt, eine neue Sonde zur Beobachtung des lebenden Gehirns auf neuronaler Ebene.

Allein der Neuropixels-Detektor der ersten Generation wurde an rund 650 Labore auf der ganzen Welt geliefert. Gleichzeitig gründete Imec auch das OpenScope Shared Brain Observatory, um Hirnforschern auf der ganzen Welt Open-Source-Daten zur Verfügung zu stellen.

Dies ist eine weltweit gemeinsam genutzte neurowissenschaftliche Forschungseinrichtung, die dem Teilchenbeschleuniger des CERN für die gemeinsame Hochenergiephysikforschung entspricht.

Neuropixel, eine brandneue Technologie zur Beobachtung der Gehirnaktivität. Seine Funktion ähnelt der Bildgebung, allerdings erfasst es elektrische Felder anstelle von Lichtfeldern.

Die Zusammenarbeit begann 2010 mit einem Gespräch zwischen dem Ingenieur Barun Dutta und dem Neurowissenschaftler Timothy D. Harris.

Dutta arbeitet bei Imec, wo er modernste Halbleiterfertigungsanlagen nutzt; Harris arbeitet am HHMI (Howard Hughes Medical Institute), wo er leitender Neurowissenschaftler ist.

Dutta bringt sein Wissen über Halbleiter in den Bereich der Neurowissenschaften ein

„Wir müssen die Spitzen jedes Neurons in einem lokalen neuronalen Schaltkreis in einem sich frei bewegenden Tier aufzeichnen“, sagte Harris.

Unter der Leitung von Dutta und Harris wurde ein Forschungsteam mit multidisziplinärem Hintergrund gebildet, darunter Ingenieure, Neurowissenschaftler, Softwaredesigner und anderes Personal.

Wissenschaftler erforschen, wie man mithilfe fortschrittlicher Mikroelektronik einen neuen Sensor erfinden kann, der gleichzeitig die elektrischen Gespräche zwischen Tausenden von Neuronen in jedem kleinen Teil des Gehirngewebes überwachen kann.

Das von den Wissenschaftlern erfundene System heißt Neuropixels. „Betrachten Sie uns als den Intel der Neurowissenschaften“, sagte Dutta. „Wir stellen die Chips zur Verfügung, und dann verwenden Labore auf der ganzen Welt sie, um Code zu schreiben und Experimente durchzuführen.“

Es ist nicht einfach, eine digitale Sonde zu bauen, die lang genug ist, um jeden Teil des Gehirnorgans zu erreichen, aber klein genug, um empfindliches Gewebe auf dem Weg dorthin nicht zu beschädigen.

Tatsächlich ist das Gehirn so elastisch wie Joghurt.

Daher müssen Wissenschaftler die Einführung gerade halten, sie aber auch im zitternden Gehirn biegen lassen, damit benachbarte Gehirnzellen über einen längeren Zeitraum nicht geschädigt werden.

Da das Gehirn den Körper durch komplexe Verhaltensweisen führt, muss der Detektor robust genug sein, um wochen- oder sogar monatelang an Ort und Stelle zu bleiben und zuverlässig aufzuzeichnen.

Neuropixels bringt die Neurowissenschaft auf ein höheres Niveau, bietet bessere Behandlungsmöglichkeiten für Hirnerkrankungen wie Epilepsie und Parkinson und ebnet den Weg für zukünftige Gehirn-Computer-Schnittstellen.

Bereits in den 1950er Jahren verwendeten Forscher einen primitiven elektronischen Sensor, um die Deaktivierung von Neuronen bei Parkinson-Patienten zu identifizieren.

Nach 70 Jahren Entwicklung wurden mit der mikroelektronischen Revolution alle Komponenten der Gehirnsonde miniaturisiert und die elektronische Sensortechnologie des Gehirns hat große Fortschritte gemacht.

Im Jahr 2021 wird das System auf Version 2.0 aktualisiert. Im Vergleich zur ersten Version vor 4 Jahren wurde die Anzahl der Sensoren um eine Größenordnung erhöht.

Jetzt befindet sich Version 3.0 im frühen Entwicklungsstadium.

Wissenschaftler glauben, dass Neuropixel gemäß dem Mooreschen Gesetz exponentiell wachsen werden.

Und das ist erst der Anfang.

Neuropice2.0!

Biologische Experten, die das Gehirn untersuchen, schlagen vor, dass Experimentatoren Gold oder Platin als Elektroden und dann metallorganische Polymere als Griffe verwenden.

Diese Materialien sind jedoch nicht mit fortschrittlichen CMOS-Herstellungsprozessen kompatibel. Daher führten die Experimentatoren einige Untersuchungen durch und führten zahlreiche technische Entwürfe durch. Letztendlich erfand Silke

Musa Titannitrid, eine extrem starke elektrische Keramik, die mit CMOS und Tiergehirnen kompatibel ist.

Gleichzeitig ist das Material porös, was ihm eine niedrige Impedanz verleiht. Eine niedrige Impedanz ist sehr hilfreich, um Strom zu erhalten und das Signal zu löschen, ohne benachbarte Zellen zu erhitzen und dadurch Rauschen zu erzeugen, das die Daten verfälscht.

Dank umfangreicher materialwissenschaftlicher Forschung und einiger verwandter Technologien in mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) sind Forscher nun in der Lage, die innere Spannung zu kontrollieren, die beim Abscheiden und Ätzen von Siliziumstäben und Titannitrid-Elektroden entsteht.

Auf diese Weise können die Siliziumstäbe, obwohl sie nur 23 Mikrometer (Mikrometer) dick sind, immer eine nahezu perfekt gerade Linie beibehalten.

Jede Sonde besteht aus vier parallelen Griffen, die jeweils mit 1.280 Elektroden ausgestattet sind. Mit einer Länge von 1 Zentimeter ist die Sonde lang genug, um überall im Gehirn der Maus zu landen.

Im Jahr 2021 veröffentlichte Mausstudien zeigen, dass das Neuropice2.0-Gerät sechs aufeinanderfolgende Monate lang Daten von denselben Neuronen sammeln kann, während die Nagetiere ein normales Leben führen.

Der Elastizitätsunterschied zwischen dem CMOS-kompatiblen Griff und dem Gehirngewebe ist enorm, was zu einem Problem führt: Wenn sich die Sonde zwangsläufig im Gehirn bewegt, während sich das Gehirn bewegt, wie soll ein einzelnes Neuron verfolgt werden?

Wir alle wissen, dass Neuronen 20 bis 100 Mikrometer groß sind und der Durchmesser jeder Elektrode 15 Mikrometer beträgt, was klein genug ist, um die isolierte Aktivität eines einzelnen Neurons aufzuzeichnen.

Allerdings hat sich der gesamte Detektor nach sechs Monaten Schubaktivität möglicherweise 500 Mikrometer im Gehirn bewegt. Während dieser Zeit kann ein Pixel das Kommen und Gehen mehrerer Neuronen beobachten. (Derzeit das gebräuchlichste neuronale Aufzeichnungsgerät) Kamera.

Diese Ähnlichkeit ließ die Forscher erkennen, dass das Problem der Neuronenverschiebung relativ zu Pixeln dem IS-System sehr ähnlich ist. Wie beim Schütteln einer Kamera beim Filmen werden die Neuronen in einem Bereich des Gehirns mit ihren elektrischen Eigenschaften korreliert.

Forscher können vorhandene Methoden zur Lösung des Kameraverwacklungsproblems nutzen, um das Problem der Erkennung von Kopfverwacklungen zu lösen. Durch den Einsatz von Stabilisierungssoftware können Forscher automatische Korrekturfunktionen nutzen, wenn sich neuronale Schaltkreise nach Belieben bewegen.

Die Version 2.0 verkleinert die außerhalb des Schädels befindliche Leiterplatte, die die implantierte Sonde steuert und digitale Daten ausgibt, auf die Größe eines Daumens.

Auf diese Weise können eine Leiterplatte und ein Sockel zwei Sonden aufnehmen, und jede Sonde verfügt über vier kleine Griffe mit insgesamt 10.240 aufzeichnbaren Elektroden.

Die Forscher haben ein Steuerungsprogramm geschrieben, um eine hohe Abtastrate zu erreichen und eine große Datenmenge zu erfassen. Das ist das 500-fache dessen, was CMOS-Bildchips normalerweise aufzeichnen können. Derzeit kann das Gerät jedoch nicht die Aktivität jedes Neurons erfassen, das es berührt.

Kontinuierliche Fortschritte in der Computertechnologie werden die bestehenden Bandbreitenbeschränkungen in den nächsten Generationen weiter verringern.

In nur vier Jahren haben Forscher die Pixeldichte fast verdoppelt, die Anzahl der Pixel, die gleichzeitig aufgezeichnet werden können, verdoppelt und die Gesamtzahl der Pixel um mehr als das Zehnfache erhöht, während die Anzahl externer elektronischer Geräte Die Größe hat zugenommen nicht erhöht, sondern verringert, um die Hälfte reduziert.

Die nächste Generation Version 3.0 befindet sich ebenfalls in der Entwicklung und wird etwa im Jahr 2025 veröffentlicht, wobei ein Veröffentlichungsrhythmus von vier Jahren eingehalten wird. In Version 3.0 gehen die Forscher davon aus, dass die Anzahl der Pixel noch einmal sprunghaft ansteigt und die Überwachung von etwa 50.000 bis 100.000 Neuronen möglich wird.

In der Zwischenzeit beabsichtigt das Team auch, weiterhin Detektoren hinzuzufügen und die Ausgangsbandbreite zu verdreifachen oder zu vervierfachen und die Basisbandbreite um den Faktor zwei zu reduzieren.

(Das erste Neuropion-Gerät. Am Griff befinden sich 966 Elektroden.)

Frankenstein öffnete seinen Kopf, die erste menschliche Gehirnmaschine

Um die wissenschaftliche Forschung voranzutreiben, nutzten viele Frankensteins ihren eigenen Körper dazu make Ein Experiment gestartet. Im Jahr 2014 sägte Phil

Kennedy, ein fast 70-jähriger Neurowissenschaftler in den USA, tatsächlich seinen eigenen Schädel auf und implantierte Elektroden in sein Gehirn.

Da er keine Versuchspersonen finden konnte und die Forschungsgelder fast versiegten, beschloss Kennedy, sein eigenes Gehirn zu operieren. Die Gehirnoperation dauerte insgesamt elfeinhalb Stunden und verlief tatsächlich nicht ganz reibungslos.

Kennedy verlor die Fähigkeit zu sprechen, als er aufwachte. Er tat dies, um einen Sprachdecoder zu entwickeln, der es Patienten, die nicht sprechen können, ermöglichen würde, über eine Gehirn-Computer-Schnittstelle wieder zu „sprechen“.

Zuvor forschte Phil Kennedy fast 30 Jahre lang auf diesem Gebiet. Er war ein bekannter Neurowissenschaftler und wurde von vielen als „Vater der Cyborgs“ bezeichnet.

Die invasive Gehirn-Computer-Schnittstelle, die er in den 1990er Jahren entwickelte, ermöglichte es einer schwer gelähmten Person, zu lernen, ihr Gehirn zur Steuerung des Computercursors zum Tippen zu nutzen, sodass andere seine Stimme „hören“ konnten.

Es gibt unzählige Studien zu Gehirn-Computer-Schnittstellen, und die spannendste und spannendste davon ist die Forschung zu Neuarlink. Erst im August 2020 verkündete Musk auf der Pressekonferenz den großen Durchbruch von Neuarlink.

Dieses Mal ist das von Musk geschaffene magische Gerät nur so groß wie eine Münze. Es wird chirurgisch in den Schädel implantiert und kann bei voller Ladung einen ganzen Tag lang verwendet werden. Musk sagte, dass das wichtigste Problem der Gehirn-Computer-Schnittstelle die „Verkabelung“ sei.

Am Tatort zeigte Musk ein gesundes Ferkel, dem zwei Monate lang ein Neuralink-Gerät implantiert worden war.

Der Hauptzweck des Experiments besteht darin, dass nach der Implantation des Chips die Gehirnaktivität des Schweins visuell gesehen werden kann. Wenn der Demonstrator seine Nase berührt, beginnen die Nerven des Schweins zu erregen. Unter der Wirkung von 1024 mit dem Gerät verbundenen Elektroden sind die Radiowellensignale in seinem Gehirn deutlich sichtbar.

Auch im April 2021 hat Neuralink wieder neue Fortschritte gemacht. Ein Affe kann mit seinen Gedanken Tischtennis spielen. Bei dem Experiment wurden Pager, einem 9-jährigen Rhesusaffen, zwei N1-Links in den Kopf implantiert, und das Personal verführte ihn zu Spielen mit Bananenmilchshake. Da die Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie immer weiter voranschreitet, werden gelähmte Patienten in der Lage sein, Smartphones mit ihren Gedanken schneller zu bedienen als mit ihren Fingern.

Musk sagte letztes Jahr, dass dieses Jahr Gehirn-Computer-Schnittstellen beim Menschen eingesetzt würden. Gehirn-Computer-Schnittstellen sind für die Zukunft vielversprechend.

Referenzen:

https://spectrum.ieee.org/brain-implanthttps://36kr.com/p/1722359709697

https://www.sohu.com/a/193608196_426424

https:/ / www.imec-int.com/enhttps://www.hhmi.org/

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonDie Matrix kommt! Musks Gehirnmaschine wird in den menschlichen Körper implantiert, indem er 10.000-Mikron-Elektroden vergräbt, um das Gehirn abzuhören. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!