Matriks akan datang! Menanam elektrod 10,000 mikron untuk mencuri dengar otak, mesin otak Musk akan ditanam di dalam badan manusia

Terdapat rangkaian kompleks dalam kepala anda - 86 bilion suis

Berat 2 setengah kilogram dan menggunakan hanya 20W kuasa, yang bersamaan dengan penggunaan tenaga mentol.

Namun, ia telah mencipta keajaiban yang tidak terhingga dalam bioelektronik!

Otak ialah organ elektronik?

Inti penyelidikan otak ialah penerapan teknologi penderia.

Sama ada kita biasa dengan elektrod kulit kepala, MRI, atau kaedah cip implan yang baru dipelopori, kita semua cuba meneroka organ misteri ini.

Baru-baru ini, institut penyelidikan nanodigital Belgium Imec telah mempelopori pengesan Neuropixels, yang merupakan siasatan baharu untuk memerhati otak yang hidup di peringkat neuron.

Pengesan Neuropixel generasi pertama sahaja telah dihantar kepada kira-kira 650 makmal di seluruh dunia. Pada masa yang sama, Imec juga mencipta pemerhatian otak kongsi OpenScope untuk menyediakan data sumber terbuka kepada penyelidik otak di seluruh dunia.

Ini ialah kemudahan penyelidikan neurosains yang dikongsi secara global, bersamaan dengan pemecut zarah CERN untuk penyelidikan fizik tenaga tinggi yang dikongsi.

Neuropixels, teknologi baharu untuk memerhati aktiviti otak. Fungsinya adalah serupa dengan pengimejan, namun, ia merekodkan medan elektrik dan bukannya medan cahaya.

Kerjasama itu bermula pada 2010 dengan dialog antara jurutera Barun Dutta dan ahli sains saraf Timothy D. Harris .

Dutta bekerja di Imec, di mana dia menggunakan peralatan pembuatan semikonduktor terkini; Harris bekerja di HHMI (Institut Perubatan Howard Hughes), di mana dia adalah seorang saintis saraf kanan.

Dutta membawa pengetahuan semikonduktornya ke bidang neurosains

“Kita perlu mengkaji litar saraf tempatan dalam haiwan yang bergerak bebas, Catat pancang dari setiap neuron," kata Harris.

Diketuai oleh Dutta dan Harris, sebuah pasukan penyelidikan pelbagai disiplin telah dibentuk, termasuk jurutera, ahli sains saraf, pereka perisian dan kakitangan lain.

Para saintis sedang meneroka cara menggunakan mikroelektronik termaju untuk mencipta sensor baharu yang boleh memantau secara serentak perbualan elektrik antara beribu-ribu neuron di mana-mana bahagian kecil tisu otak.

Sistem yang dicipta oleh saintis dinamakan Neuropixels "Fikirkan kami sebagai Intel neurosains," kata Dutta "Kami menyediakan cip, dan kemudian makmal di seluruh dunia menggunakannya untuk menulis kod dan melakukan eksperimen ." .

Bukan mudah untuk membina probe digital yang cukup panjang untuk mencapai mana-mana bahagian organ otak, tetapi cukup kecil untuk tidak merosakkan tisu halus semasa masuk.

Malah, otak adalah anjal seperti yogurt.

Oleh itu, saintis mesti memastikan sisipan itu lurus dan membengkokkannya di dalam otak yang bergegar, supaya ia tidak akan merosakkan sel-sel otak jiran untuk masa yang lama.

Apabila otak membimbing badan melalui tingkah laku yang kompleks, pengesan perlu cukup tahan lama untuk kekal di tempatnya dan merekodkan dengan pasti selama beberapa minggu atau bulan.

Neuropixel akan mendorong neurosains ke peringkat yang lebih tinggi, menyediakan rawatan yang lebih baik untuk penyakit otak seperti epilepsi dan Parkinson, dan membuka jalan untuk antara muka otak-komputer masa hadapan.

Pada tahun 1950-an, penyelidik menggunakan sensor elektronik primitif untuk mengenal pasti penyahaktifan neuron dalam pesakit penyakit Parkinson.

Selepas 70 tahun pembangunan, dengan revolusi mikroelektronik, semua komponen probe otak telah diperkecilkan, dan teknologi penderiaan elektronik otak telah mencapai kemajuan yang besar.

Pada tahun 2021, sistem akan dinaik taraf kepada versi 2.0. Berbanding dengan versi awal 4 tahun yang lalu, bilangan penderia telah meningkat mengikut urutan magnitud.

Kini, versi 3.0 berada di peringkat pembangunan awal.

Para saintis percaya bahawa neuropiksel akan berkembang secara eksponen mengikut Undang-undang Moore.

Dan ini hanyalah permulaan.

Neuropice2.0!

Pakar biologi yang mengkaji otak mencadangkan bahawa penguji menggunakan emas atau platinum sebagai elektrod, dan kemudian menggunakan polimer organologam sebagai pemegang.

Walau bagaimanapun, bahan ini tidak serasi dengan proses pembuatan CMOS lanjutan. Oleh itu, penguji menjalankan beberapa penyelidikan dan melakukan banyak reka bentuk kejuruteraan. Akhirnya, Silke

Musa mencipta titanium nitrida, seramik elektrik yang sangat kuat yang serasi dengan CMOS dan otak haiwan.

Pada masa yang sama, bahan itu juga berliang, yang memberikan impedans yang rendah. Impedans rendah sangat membantu untuk mendapatkan arus dan membersihkan isyarat tanpa memanaskan sel berdekatan, menghasilkan bunyi yang merosakkan data.

Terima kasih kepada penyelidikan sains bahan yang meluas dan beberapa teknik berkaitan dalam sistem mikroelektromekanikal (MEMS), penyelidik kini dapat mengawal tegasan dalaman yang dijana semasa pemendapan dan goresan rod silikon dan elektrod titanium nitrida.

Dengan cara ini, walaupun rod silikon hanya tebal 23 mikron (mikron), ia sentiasa boleh mengekalkan garis lurus yang hampir sempurna.

Setiap probe terdiri daripada empat pemegang selari, setiap satunya dilengkapi dengan 1,280 elektrod. Dalam 1 sentimeter, probe cukup panjang untuk mencapai mana-mana bahagian dalam otak tetikus.

Kajian tetikus yang diterbitkan pada 2021 menunjukkan bahawa peranti Neuropice2.0 boleh mengumpul data daripada neuron yang sama selama enam bulan berturut-turut manakala tikus menjalani kehidupan normal mereka.

Perbezaan keanjalan antara pemegang serasi CMOS dan tisu otak adalah besar Ini menimbulkan masalah, iaitu: apabila kuar berada di dalam otak, ia tidak dapat tidak mengikut pergerakan otak neuron dikesan semasa bergerak.

Kita semua tahu bahawa neuron bersaiz 20 hingga 100 mikron, dan diameter setiap elektrod ialah 15 mikron, yang cukup kecil untuk merekodkan aktiviti terpencil satu neuron.

Walau bagaimanapun, selepas enam bulan aktiviti menolak, keseluruhan pengesan mungkin telah memindahkan 500 mikron di dalam otak. Pada masa ini, mana-mana piksel tertentu mungkin melihat beberapa neuron datang dan pergi.

(Pada masa ini peranti rakaman saraf yang paling biasa)

Selain itu, 1,280 elektrod pada setiap batang boleh ditangani secara individu, empat Batang selari memberikan penyelidik berkesan Bacaan 2D, yang hampir sama dengan imej yang diambil oleh kamera CMOS.

Persamaan ini menyedarkan para penyelidik bahawa masalah anjakan neuron berbanding piksel sangat serupa dengan sistem IS. Seperti menggoncang kamera semasa penggambaran, neuron di kawasan otak dikaitkan dengan sifat elektriknya.

Penyelidik boleh menggunakan kaedah sedia ada untuk menyelesaikan masalah gegaran kamera bagi menyelesaikan masalah gegaran kepala pengesan. Dengan aplikasi perisian penstabilan, penyelidik boleh menggunakan fungsi pembetulan automatik apabila litar saraf bergerak sesuka hati.

Versi 2.0 mengurangkan papan litar yang terletak di luar tengkorak, yang mengawal probe yang diimplan dan mengeluarkan data digital, kepada saiz ibu jari.

Dengan cara ini, satu papan litar dan tapak boleh memuatkan dua kuar, dan setiap kuar memanjangkan empat pemegang kecil, dengan sejumlah 10,240 elektrod boleh rakam.

Para penyelidik menulis program kawalan untuk mencapai kadar persampelan yang tinggi dan menangkap sejumlah besar data. Ini adalah 500 kali ganda cip pengimejan CMOS biasanya boleh rakam. Tetapi pada masa ini peranti tidak dapat menangkap aktiviti setiap neuron yang disentuhnya.

Kemajuan berterusan dalam teknologi komputer akan mengurangkan lagi had lebar jalur sedia ada dalam beberapa generasi akan datang.

Hanya dalam tempoh empat tahun, penyelidik telah menggandakan ketumpatan piksel hampir dua kali ganda, menggandakan bilangan piksel yang boleh dirakam secara serentak dan meningkatkan bilangan keseluruhan piksel lebih daripada sepuluh kali ganda saiz peralatan elektronik luaran tidak bertambah tetapi berkurangan, mengecut separuh.

Versi 3.0 generasi seterusnya juga dalam pembangunan dan akan dikeluarkan sekitar 2025, mengekalkan rentak keluaran setiap empat tahun. Dalam versi 3.0, para penyelidik menjangkakan bahawa bilangan piksel akan melonjak semula, membolehkan pemantauan kira-kira 50,000 hingga 100,000 neuron.

Sementara itu, pasukan itu juga berhasrat untuk terus menambah pengesan dan tiga atau empat kali ganda lebar jalur keluaran dan mengurangkan lebar jalur asas dengan faktor dua.

(Peranti Neuropion pertama. Terdapat 966 elektrod pada pemegangnya.)

Frankenstein membuka tengkorak, mesin otak manusia pertama

Untuk memajukan penyelidikan saintifik, ramai Frankenstein telah menjalankan eksperimen ke atas badan mereka sendiri. Pada tahun 2014, Phil Kennedy, seorang saintis saraf berusia 70 tahun di Amerika Syarikat, menggergaji membuka tengkoraknya sendiri dan memasukkan elektrod ke dalam otaknya.

Pada masa itu, kerana dia tidak dapat mencari subjek eksperimen dan dana penyelidikan hampir kering, Kennedy memutuskan untuk mengendalikan otaknya sendiri. Pembedahan otak berlangsung selama 11 setengah jam, dan ia sebenarnya tidak berjalan dengan lancar.

Kennedy hilang keupayaan untuk bercakap apabila dia bangun. Dia melakukan ini untuk mencipta penyahkod pertuturan yang membolehkan pesakit yang tidak boleh bercakap untuk "bercakap" semula melalui antara muka otak-komputer.

Sebelum ini, Phil Kennedy telah menyelidik dalam bidang ini selama hampir 30 tahun Beliau adalah seorang ahli sains saraf yang terkenal dan digelar "bapa cyborg" oleh ramai.

Antara muka otak-komputer invasif yang dibangunkannya pada 1990-an membolehkan orang lumpuh teruk belajar menggunakan otaknya untuk mengawal kursor komputer untuk menaip, supaya orang lain dapat "mendengar" suaranya.

Terdapat banyak kajian tentang antara muka otak-komputer, dan yang paling menarik ialah penyelidikan Neuarlink. Hanya pada Ogos 2020, Musk mengumumkan kejayaan besar Neuarlink pada sidang akhbar.

Kali ini, peranti ajaib yang dicipta oleh Musk hanya sebesar syiling Ia ditanam secara pembedahan di dalam tengkorak dan boleh digunakan sepanjang hari apabila dicas sepenuhnya. Musk berkata bahawa isu paling penting antara muka otak-komputer ialah "pendawaian".

Di tempat kejadian, Musk menunjukkan anak babi yang sihat yang telah ditanam dengan peranti Neuralink selama dua bulan.

Tujuan utama eksperimen ialah selepas cip itu ditanam, aktiviti otak babi dapat dilihat secara visual Apabila penunjuk perasaan menyentuh hidungnya, saraf babi mula teruja. Di bawah tindakan 1024 elektrod yang disambungkan ke peranti, isyarat gelombang radio dalam otaknya jelas kelihatan.

Juga pada April 2021, Neuralink sekali lagi membuat kemajuan baharu. Seekor monyet boleh bermain pingpong dengan pemikirannya. Dalam eksperimen itu, Pager, seekor monyet rhesus berusia 9 tahun, mempunyai dua Pautan N1 ditanam di kepalanya, dan kakitangan menggodanya untuk bermain permainan dengan susu kocak pisang. Memandangkan teknologi antara muka otak-komputer terus maju, pesakit lumpuh akan dapat mengendalikan telefon pintar dengan pemikiran mereka lebih pantas berbanding dengan jari mereka.

Musk berkata tahun lepas bahawa antara muka otak-komputer akan digunakan pada manusia tahun ini. Antara muka otak-komputer menjanjikan pada masa hadapan.

Rujukan:

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

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

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

Atas ialah kandungan terperinci Matriks akan datang! Menanam elektrod 10,000 mikron untuk mencuri dengar otak, mesin otak Musk akan ditanam di dalam badan manusia. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!