Đọc và viết lại não

Đọc và viết lại não

Roman Fishman
"Cơ học phổ biến" №9, 2017

Nhớ ngày này: các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Toyohashi hứa rằng trong năm năm – đã đến năm 2022 – một thiết bị làm việc và một ứng dụng di động sẽ xuất hiện để đọc suy nghĩ và ký ức. Và ở đâu là đọc – có một bản ghi?

Có những lý do khá dễ hiểu cho dự báo lạc quan của Giáo sư Tsuneo Nitta. Vào mùa xuân năm 2017, nhóm của ông đã cho thấy một hệ thống đọc hoạt động điện của các tế bào não, đoán một con số được thiết kế bởi con người hoặc một từ đơn âm. Một năm trước đó, các đồng nghiệp Mỹ của họ đã học cách xác định hình ảnh của một người đang nhìn – một hình ảnh của một người hoặc ở nhà – bằng cách kích thích các tế bào thần kinh của vỏ não thị giác của anh ta. Tất cả điều này trở thành có thể nhờ vào việc cải thiện các phương pháp ghi chép hoạt động của các tế bào não cũ và các phương pháp tiếp cận mới để giải thích dữ liệu "ồn ào" này.

Trong thực tế, những suy nghĩ, ký ức và ước mơ của chúng tôi là vô hình, nhưng chúng có chất nền vật chất. Cơ sở của các quá trình xảy ra trong não là sự kích thích phối hợp của các mô hình thần kinh, sự bùng nổ của hoạt động trong các khối tế bào. Bằng cách học tập và tích lũy kinh nghiệm, bộ não tái tạo lại những mô hình này, tạo ra và tăng cường một số kết nối, làm suy yếu và loại bỏ những người khác.Các bước nhảy của hoạt động điện của chúng có thể được đo lường, và bằng cách tìm các mẫu tế bào ổn định hơn hoặc ít ổn định hơn, chúng có thể được nhận ra. Tuy nhiên, khó khăn đang chờ đợi chúng ta từ bước đầu tiên …

Máy học đọc

Các nhà phát triển dạy trí thông minh nhân tạo để diễn giải hoạt động của các mẫu thần kinh liên quan đến nhận thức về hình ảnh. Khi đào tạo hoàn thành, hệ thống có thể được kiểm tra ngay cả trên các đối tượng mà trước đây không quen thuộc với nó.

Đo lường

Cách chính xác nhất để tìm ra hoạt động của tế bào thần kinh là mang các điện cực mỏng trực tiếp tới chúng. Đây là cách những người tiên phong nghiên cứu bộ não hoạt động, đây là cách các nhà khoa học làm việc ngay cả bây giờ, ngoại trừ các cảm biến trở nên nhỏ hơn và nhạy cảm hơn, và quan trọng nhất là chúng đã trở nên nhiều hơn. Mảng của hàng chục ngàn microelectrodes ngay lập tức đăng ký kích thích với độ phân giải cho các tế bào riêng lẻ. Họ là những người cho phép để xác định xem một người nhìn thấy một ngôi nhà hoặc một người bởi các hoạt động của các tế bào thần kinh của vỏ não thị giác của bộ não của mình. Và Mikhail Lebedev và các cộng sự của ông từ nhóm giáo sư Miguel Nicholasis cấy điện cực vào vỏ động cơ khỉ, giải mã các lệnh của nó và chuyển nó vào cánh tay robot, để con vật học lấy chuối.Tuyệt vời – nếu không cho một điều.

Mikhail Lebedev đã thử nghiệm trên khỉ; trong các thí nghiệm với vỏ não thị giác, bệnh nhân bị bệnh động kinh đã trải qua một phẫu thuật được sử dụng. Dường như một người trong tâm trí của anh ta sẽ đồng ý với sự can thiệp nguy hiểm như vậy chỉ khi có ai đó cấy điện cực vào não anh ta. May mắn thay, có những cách tiếp cận không xâm lấn để đo lường hoạt động của các mô hình thần kinh. Phổ biến nhất trong số này là điện não đồ (EEG), các điện cực được đặt chồng lên da đầu. Kết quả họ đưa ra không chính xác lắm, nhưng họ không đòi hỏi các thao tác nguy hiểm trên bộ não mở.

Cả hai phương pháp chỉ làm việc cho các quá trình xảy ra nông cạn bên dưới bề mặt của não. Bạn có thể nhìn thấy nó toàn bộ bằng cách sử dụng chụp cắt lớp, và nó thường được sử dụng bởi các nhà khoa học. Nhưng đối với "đọc tâm trí" hàng ngày, đây là một cách dài và cồng kềnh. Ngoài ra, chúng tôi quan tâm đến chính xác các tầng trên, nơi các chức năng cao nhất được bản địa hóa: những lời nói tò mò nhất ở bề mặt có thể truy cập bởi EEG và các điện cực. Dữ liệu này vẫn còn …

Nhận ra

Các đặc tính của EEG ở người là duy nhất, như dấu vân tay: chúng có thể được sử dụng để xác định cá nhân.Các mô hình hoạt động thần kinh ở những người khác nhau chỉ tương tự nhau, và các chi tiết được hình thành trong quá trình phát triển não bộ và tích lũy kinh nghiệm. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, AI đã học cách tìm các mô hình phổ biến trong các mô hình hoạt động của não tương ứng với một hoặc một hình ảnh khác.

Gần đây hơn, vào mùa hè năm 2017, AI cho phép các nhà khoa học khôi phục lại hoàn toàn chi tiết khuôn mặt người, bức ảnh được trình bày cho một con khỉ có vi điện cực được cấy vào các khu vực thị giác của não. Nó chỉ là cần thiết để đào tạo máy trên một mẫu đủ lớn của dữ liệu ban đầu, do đó dần dần máy tính có thể phân biệt chúng một cách độc lập, tốt hơn và tốt hơn.

Không có sự khác biệt cơ bản giữa việc tổ chức các mô hình trong vỏ động cơ hoặc vỏ não thị giác, chỉ các chi tiết của việc trình bày thông tin bằng các thay đổi hệ thống não khác nhau. Một điều khác là sự khác biệt cá nhân, do đó thuật toán được yêu cầu phải được huấn luyện sơ bộ về dữ liệu của cùng một người, có suy nghĩ mà chúng ta sẽ đọc. Tuy nhiên, có hy vọng rằng, nhờ sự phát triển nhanh chóng của trí thông minh nhân tạo, vấn đề này sẽ được giải quyết, và máy tính sẽ có thể làm việc với bộ não của một người xa lạ, đọc suy nghĩ của mình và thậm chí cả họ …

Viết lại

Hoạt động của các tập hợp thần kinh có thể không chỉ được đăng ký, mà còn thay đổi và thậm chí được tạo ra giả tạo. Giáo sư Brian Wiltgen thuộc Đại học California, Davis, đã ảnh hưởng đến trí nhớ bằng cách ức chế sự kích thích của một số tế bào trong vùng đồi thị. Kích thích ở những con chuột kinh nghiệm khó chịu làm suy yếu, và sau đó hoàn toàn biến mất khỏi trí nhớ. Vấn đề nghịch đảo cũng có thể xảy ra: sự kích thích pinpoint của các tế bào thần kinh làm cho nó có thể khôi phục lại những ký ức bị mất ở động vật với sự tương tự của bệnh Alzheimer ở ​​người. Thật không may, cách tiếp cận được sử dụng trong trường hợp này – optogenetics – không phù hợp với mọi người một lần nữa: để kích thích các tế bào thần kinh, gen của protein nhạy cảm với ánh sáng được đưa vào chúng, và sau đó chúng được chiếu xạ bằng laser thông qua một “cửa sổ” nhỏ trong hộp sọ.

Nhưng trong trường hợp này, ngoài phương pháp xâm lấn, có một giải pháp thay thế hoàn toàn an toàn. Kích thích từ xuyên sọ (TMS) là một kỹ thuật, bởi EEG đảo ngược và lớn. Việc kích thích các tế bào thần kinh đạt được bằng cách kích thích chúng bằng từ trường, được tạo ra bởi các điện cực gắn vào hộp sọ. Joel Wass của Đại học Northwestern và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng tác dụng TMS trên vùng hippocampus kích thích trí nhớ và giúp bệnh nhân của cùng một bệnh Alzheimer.Nó vẫn chỉ chờ đợi để cải thiện phương pháp này: khi nó cho phép bạn có mục đích ảnh hưởng đến các tế bào thần kinh riêng lẻ, nó sẽ ở trong túi. Hay không? Xét cho cùng, ngay cả khi đã có một công cụ để "viết lại bộ não" vào tay chúng ta, chúng ta sẽ phải hình thành cái gì và chính xác chúng ta định thay đổi nó như thế nào. Và cho bộ não này cần …

Hiểu

Dựa trên kiến ​​thức về một số mẫu thần kinh, chúng ta không thể dự đoán những gì người khác sẽ trông như thế nào. Theo lời của Mikhail Lebedev, “việc đọc suy nghĩ chỉ có thể xảy ra nếu nó là một suy nghĩ về một chủ đề được xác định trước” – có thể là một người, một nhân vật hoặc một tấm thẻ ẩn từ một cái boong. Nhưng giả sử rằng trong tương lai các thuật toán nâng cao hơn sẽ học được điều này. Hãy tưởng tượng rằng tiện ích mà Giáo sư Nitta đã hứa trong năm năm sẽ hiển thị trên màn hình một loạt hình ảnh: đây là thứ màu xanh, đây là hình dáng của một người bạn cùng lớp, mùi mưa … Bộ này nói gì về cảm xúc và cảm xúc của một người? Làm thế nào để đặt cùng một tư tưởng toàn diện? Để làm điều này, bạn sẽ phải “đọc” và giải thích toàn bộ trải nghiệm cá nhân của một người, và quan trọng nhất là hiểu được ý nghĩ là gì và cách nó bao gồm một tập hợp các mẫu thần kinh. Rõ ràng, công nghệ "đọc và viết lại bộ não" sẽ phải chờ đợi lâu hơn các nhà khoa học Nhật Bản hy vọng.

Mikhail Lebedev, Nghiên cứu viên, Trung tâm Kỹ thuật Thần kinh Đại học Duke:

"Sự tiến bộ trong giao diện não-máy tính thực sự ấn tượng. Đó là thành công trong việc ghi lại hoạt động của não, cả giải mã xâm lấn và không xâm lấn, và cải tiến, và ảnh hưởng đến não của kích thích điện, từ và quang sinh. công nghệ sẽ được áp dụng ở khắp mọi nơi: ví dụ, thay vì nuốt viên thuốc cho đau đầu, bạn sẽ áp dụng lưới kích thích – và bạn sẽ mặc một lưới tương tự tại một buổi hòa nhạc giao hưởng để đọc nhận thức của bạn âm nhạc và kích thích những vùng cảm xúc của não. Nhưng trước hết và trên hết neurointerfaces sẽ được sử dụng tại các phòng khám, nơi họ sẽ được sử dụng để điều trị các tổn thương thần kinh và rối loạn tâm thần. "


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: