DARPA: Financiación de interfaces portátiles cerebro-máquina

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Los tecnócratas de DARPA tienen la intención de crear una interfaz cerebro-máquina no quirúrgica como un multiplicador de fuerza para los soldados. La investigación requerirá "Exenciones de dispositivos de investigación" de la Administración. ⁃ Editor TN

DARPA ha otorgado fondos a seis organizaciones para apoyar la Neurotecnología no quirúrgica de próxima generación (N3) programa, anunciado por primera vez en marzo 2018. El Instituto Battelle Memorial, la Universidad Carnegie Mellon, el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, el Centro de Investigación Palo Alto (PARC), la Universidad Rice y Teledyne Scientific son equipos líderes multidisciplinarios para desarrollar interfaces bidireccionales cerebro-máquina de alta resolución para uso de personas sin discapacidad. miembros del servicio Estas interfaces portátiles en última instancia podrían permitir diversas aplicaciones de seguridad nacional, como el control de sistemas activos de defensa cibernética y enjambres de vehículos aéreos no tripulados, o formar equipos con sistemas informáticos para realizar múltiples tareas durante misiones complejas.

"DARPA se está preparando para un futuro en el que una combinación de sistemas no tripulados, inteligencia artificial y operaciones cibernéticas puede provocar conflictos en plazos demasiado cortos para que los humanos los administren de manera efectiva solo con la tecnología actual", dijo Al Emondi, el N3 director del programa. "Al crear una interfaz cerebro-máquina más accesible que no requiere cirugía para su uso, DARPA podría ofrecer herramientas que les permitan a los comandantes de misión participar de manera significativa en operaciones dinámicas que se desarrollan a gran velocidad".

En los últimos años de 18, DARPA ha demostrado neurotecnologías cada vez más sofisticadas que dependen de electrodos implantados quirúrgicamente para interactuar con los sistemas nerviosos central o periférico. La agencia ha demostrado logros como control neural de extremidades protésicas y restauración del sentido del tacto a los usuarios de esas extremidades, Alivio de enfermedades neuropsiquiátricas de otra manera intratables como la depresión y mejora de la formación y el recuerdo de la memoria.. Debido a los riesgos inherentes de la cirugía, estas tecnologías hasta ahora se han limitado al uso por parte de voluntarios con necesidad clínica.

Para que la población militar principalmente capacitada se beneficie de la neurotecnología, se requieren interfaces no quirúrgicas. Sin embargo, de hecho, una tecnología similar también podría beneficiar enormemente a las poblaciones clínicas. Al eliminar la necesidad de cirugía, los sistemas N3 buscan expandir el grupo de pacientes que pueden acceder a tratamientos como la estimulación cerebral profunda para controlar enfermedades neurológicas.

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Entonces3 Los equipos persiguen una variedad de enfoques que utilizan óptica, acústica y electromagnética para registrar la actividad neuronal y / o enviar señales al cerebro a alta velocidad y resolución. La investigación se divide en dos pistas. Los equipos persiguen interfaces completamente no invasivas que son completamente externas al cuerpo o sistemas de interfaz mínimamente invasivos que incluyen nanotransductores que pueden administrarse de manera temporal y no quirúrgica al cerebro para mejorar la resolución de la señal.

  • El equipo de Battelle, bajo el investigador principal Dr. Gaurav Sharma, tiene como objetivo desarrollar un sistema de interfaz minuciosamente invasivo que empareje un transceptor externo con nanotransductores electromagnéticos que se administran no quirúrgicamente a las neuronas de interés. Los nanotransductores convertirían las señales eléctricas de las neuronas en señales magnéticas que el transceptor externo puede registrar y procesar, y viceversa, para permitir la comunicación bidireccional.
  • El equipo de la Universidad Carnegie Mellon, bajo el investigador principal Dr. Pulkit Grover, tiene como objetivo desarrollar un dispositivo completamente no invasivo que utilice un enfoque acústico-óptico para registrar desde el cerebro y los campos eléctricos interferentes para escribir en neuronas específicas. El equipo usará ondas de ultrasonido para guiar la luz dentro y fuera del cerebro para detectar actividad neuronal. El enfoque de escritura del equipo explota la respuesta no lineal de las neuronas a los campos eléctricos para permitir la estimulación localizada de tipos celulares específicos.
  • El equipo del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, bajo el investigador principal Dr. David Blodgett, tiene como objetivo desarrollar un sistema óptico coherente y completamente no invasivo para registrar desde el cerebro. El sistema medirá directamente los cambios en la longitud de la ruta óptica en el tejido neural que se correlacionan con la actividad neural.
  • El equipo de PARC, bajo el investigador principal Dr. Krishnan Thyagarajan, tiene como objetivo desarrollar un dispositivo acústico magnético completamente no invasivo para escribir en el cerebro. Su enfoque combina ondas de ultrasonido con campos magnéticos para generar corrientes eléctricas localizadas para la neuromodulación. El enfoque híbrido ofrece el potencial de neuromodulación localizada más profunda en el cerebro.
  • El equipo de la Universidad de Rice, bajo el investigador principal Dr. Jacob Robinson, tiene como objetivo desarrollar un sistema bidireccional minuciosamente invasivo para registrar y escribir en el cerebro. Para la función de grabación, la interfaz utilizará una tomografía óptica difusa para inferir la actividad neural midiendo la dispersión de la luz en el tejido neural. Para habilitar la función de escritura, el equipo utilizará un enfoque magnetogenético para hacer que las neuronas sean sensibles a los campos magnéticos.
  • El equipo de Teledyne, bajo el investigador principal Dr. Patrick Connolly, tiene como objetivo desarrollar un dispositivo integrado no invasivo que utilice magnetómetros micro bombeados ópticamente para detectar pequeños campos magnéticos localizados que se correlacionan con la actividad neuronal. El equipo usará ultrasonido enfocado para escribir a las neuronas.

A lo largo del programa, la investigación se beneficiará de los conocimientos proporcionados por expertos legales y éticos independientes que han acordado proporcionar conocimientos sobre N3 progresar y considerar posibles aplicaciones militares y civiles futuras e implicaciones de la tecnología. Además, los reguladores federales están cooperando con DARPA para ayudar a los equipos a comprender mejor la autorización de uso humano a medida que se inicia la investigación. A medida que avanza el trabajo, estos reguladores ayudarán a guiar las estrategias para presentar solicitudes de exenciones de dispositivos de investigación y nuevas drogas de investigación para permitir ensayos en humanos de N3 sistemas durante la última fase del programa de cuatro años.

"Si N3 es exitoso, terminaremos con sistemas de interfaz neuronal ponibles que pueden comunicarse con el cerebro desde un rango de solo unos pocos milímetros, llevando la neurotecnología más allá de la clínica y al uso práctico para la seguridad nacional ”, dijo Emondi. "Del mismo modo que los miembros del servicio se ponen un equipo de protección y táctico en preparación para una misión, en el futuro podrían ponerse unos auriculares que contengan una interfaz neuronal, usar la tecnología como sea necesario y luego dejar la herramienta a un lado cuando la misión esté completa".

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