Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (англ. Defense Advanced Research Projects Agency — DARPA) профинансирует шесть организаций в рамках программы Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (сокращённо «N3» и в переводе «Следующее поколение нехирургической нейротехнологии»), впервые объявленной в марте 2018 года. В программе будут участвовать Мемориальный институт Баттелла, Университет Карнеги — Меллона, Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса, Исследовательский центр Пало-Альто (PARC), Университет Райса и компания Teledyne Scientific, которые имеют собственные команды учёных и исследователей в области разработки двунаправленных нейрокомпьютерных интерфейсов. DARPA рассчитывает, что эти технологии в будущем позволят квалифицированным военным напрямую управлять активными системами киберзащиты и роями беспилотных летательных аппаратов, а также использовать их для совместной работы с компьютерными системами при выполнении сложных многозадачных миссий.
В рамках единой программы DARPA профинансирует шесть независимых проектов по созданию доступных нехирургических интерфейсов для связи человеческого мозга и компьютера
«DARPA готовится к будущему, в котором сочетание беспилотных систем, искусственного интеллекта и киберопераций может приводить к ситуациям, требующим слишком быстрой скорости принятия решений, чтобы эффективно справляться с ними без помощи современных технологий» — сказал доктор Аль Эммонди (Dr. Al Emondi), менеджер программы N3. «Создав доступный интерфейс мозг-машина, который не потребует хирургического вмешательства, чтобы его использовать, DARPA сможет предоставить армии инструмент, позволяющий командирам миссий осмысленно участвовать в динамических операциях, которые проходят на сверхбыстрых скоростях».
За последние 18 лет DARPA регулярно демонстрировала всё более изощрённые нейротехнологии, которые при этом полагались на имплантированные хирургическим путём электроды для взаимодействия с центральной или периферической нервной системой. Например, Агентство продемонстрировало такие технологии, как мысленный контроль протезированных конечностей и восстановление чувства осязания для их пользователей, технологию для облегчения трудноизлечимых психоневрологических заболеваний, таких как депрессия, а также метод для улучшения и восстановления памяти. Из-за неотъемлемых рисков при хирургическом вмешательстве в головной мозг, эти технологии до сих пор использовались ограниченно для добровольцев с клинической потребностью в них.
В DARPA уверены, что будущее практического применения нейроинтерфейсов зависит от разработки технологий, не требующих хирургического вмешательства для установки соединения между компьютером и мозгом человека
Для того чтобы армия могла извлечь выгоду из нейротехнологий, необходимы нехирургические варианты их применения, так как, очевидно, что на данный момент массовые хирургические вмешательства среди военного командования выглядят не очень хорошей идеей. Военные технологии также смогут принести большую пользу и простым людям. Устраняя необходимость в хирургической операции, проекты N3 расширяют круг потенциальных пациентов, которые могли бы получить доступ к таким методам лечения, как глубокая стимуляция мозга для лечения неврологических заболеваний.
Участники программы N3 используют различные подходы в своих исследованиях для получения информации из мозга и передачи её обратно. В некоторых проектах используются оптика, в других акустика и электромагнетизм. Часть команд разрабатывают полностью неинвазивные интерфейсы, которые находятся целиком вне тела человека, другие команды исследуют незначительно инвазивные технологии с применением нанотрансдукторов, которые могут временно не хирургическим путём доставлены в мозг для улучшения разрешения и точности сигнала.
- Команда из института Баттелла под руководством доктора Гаурава Шармы (Dr. Gaurav Sharma) стремится разработать минимально инвазивную систему, которая включает в себя внешний приёмопередатчик и электромагнитные нанотрансдукторы, которые нехиругически доставляются к интересующим нейронам. Нанотрансдукторы будут преобразовывать электрические сигналы от нейронов в магнитные сигналы, которые могут быть записаны и обработаны внешним трансивером, и наоборот, чтобы обеспечить двунаправленную связь.
- Исследователи из Университета Карнеги — Меллона, возглавляемые доктором Пулкитом Гровером (Dr. Pulkit Grover), стремятся разработать полностью неинвазивное устройство, которое использует акустооптический подход для получения сигналов из мозга и электрические поля для их отправки обратно в конкретные нейроны. Команда будет использовать ультразвуковые волны, чтобы направлять свет внутрь мозга для обнаружения нейронной активности. Для передачи информации в мозг учёные планируют использовать нелинейный ответ нейронов на электрические поля, чтобы обеспечить локальную стимуляцию целевых клеток.
- Коллектив Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса под руководством доктора Дэвида Блоджетта (Dr. David Blodgett) разрабатывает неинвазивную, когерентную оптическую систему для считывания информации из мозга. Система будет измерять изменения длины оптического сигнала в нервной ткани, которая прямо коррелируют с нейронной активностью.
- Команда PARC, руководимая доктором Кришнаном Тьягараджаном (Dr. Krishnan Thyagarajan), стремится разработать неинвазивное акустико-магнитное устройство для передачи информации в мозг. Их подход объединяет ультразвуковые волны с магнитными полями, чтобы генерировать локализованные электрические токи для нейромодуляции. Гибридный подход даёт возможность для модуляции в более глубоких областях мозга.
- Команда из Университета Райса под руководством доктора Джейкоба Робинсона (Dr. Jacob Robinson) стремится разработать минимально инвазивную двунаправленный нейроинтерфейс. Для получения информации из мозга будет использоваться диффузная оптическая томография для определения нейронной активности, путем измерения рассеивания света в нервной ткани, а для передачи сигналов в мозг команда планирует применять магнитно-генетический подход, чтобы сделать нейроны чувствительными к магнитным полям.
- Команда Teledyne во главе с доктором Патриком Коннолли (Dr. Patrick Connolly) стремится разработать полностью неинвазивное интегрированное устройство, которое использует магнитометры с оптической накачкой, для обнаружения небольших локализованных магнитных полей, которые коррелируют с нейронной активностью, а для передачи информации будет использовать сфокусированный ультразвук.
На протяжении всей программы исследователи будут опираться на информацию, предоставленную независимыми экспертами по правовым и этическим вопросам, которые согласились поучаствовать в N3 и изучить потенциальные возможности для применения новых технологий военными и гражданским населением. Кроме того, федеральные регулирующие органы также сотрудничают с DARPA, чтобы помочь учёным лучше понять, когда и при каких условиях их приборы можно будет испытывать на людях.
«Если программа N3 будет успешной, мы получим носимые системы нейронных интерфейсов, которые смогут устанавливать соединение с мозгом с расстояния всего в несколько миллиметров, перенося нейротехнологии за пределы клиники и делая их доступнее для практического использование в целях национальной безопасности», — рассказывает Эмонди. «Подобно тому, как военнослужащие надевают защитное и тактическое снаряжение, в будущем они смогут надеть гарнитуру с нейронным интерфейсом и использовать технологию для необходимых им целей, а затем просто отложить прибор в сторону по завершении миссии».