Μπορεί η καλωδίωση των εγκεφάλων των στρατιωτών να είναι το μελλοντικό πρόσωπο του πολέμου; Η DARPA (Υπηρεσία Ερευνών Προηγμένων Αμυντικών Προγραμμάτων του Πενταγώνου) μελετά ένα τέτοιο πρόγραμμα από τις αρχές της δεκαετίας του 1990, όταν η υπηρεσία εκμεταλλευόμενη τον τομέα της Νευρομηχανικής ανέπτυξε νευρώνες σε κυκλώματα πυριτίου και τους χρησιμοποίησε για τον εντοπισμό χημικών όπλων που επηρεάζουν το νευρικό σύστημα.
Το 1998 το πρόγραμμα διευρύνθηκε, αναπτύσσοντας σχέδια που συμπεριλάμβαναν έρευνες για το πώς οι μέλισσες καταφέρνουν να είναι τόσο ευέλικτες ακόμα και όταν πετούν με τόσο μεγάλες ταχύτητες.
Αλλά το νευροεπιστημονικό έργο της υπηρεσίας δεν προσέλκυσε τόσο το ενδιαφέρον του κοινού, μέχρι τη στιγμή που ο Σαντίβ Ταλβάρ, βιομηχανικός του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης στο Μπρούκλιν, δημοσίευσε τον προηγούμενο Μάιο μία εργασία πάνω σε αυτό που έμελλε να γίνει γνωστό ως “Roborat” (ποντίκια που ο εγκέφαλος τους έχει συνδεθεί με καλώδια για να μελετηθεί ο τρόπος που τα θηλαστικά μαθαίνουν να βρίσκουν το δρόμο τους).
Η επιστημονική ομάδα του Ταλβάρ, χρηματοδοτούμενη από την DARPA, εμφύτευσε ηλεκτρόδια στους εγκεφάλους πέντε ποντικιών: ένα στη μέση δεσμίδα του εμπρόσθιου τμήματος του εγκεφάλου που σχετίζονται με αισθήματα ανταπόδοσης ευχαρίστησης, τα οποία συνδέονται με πράξεις όπως το φαγητό και το ποτό και τα άλλα δύο σε μέρη του εγκεφάλου που επεξεργάζονται σήματα από τη δεξιά και αριστερή πλευρά του μουστακιού του ποντικού.
Χρησιμοποιώντας σήματα ως κίνητρο, οι ερευνητές μπόρεσαν να εκπαιδεύσουν τα ποντίκια να κινούνται δεξιά ή αριστερά σε αναλογία με τα σήματα που είχαν δώσει στην αντίστοιχη πλευρά από το μουστάκι. Στη συνέχεια, κατάφεραν να οδηγήσουν τα ποντίκια σε ένα λαβύρινθο με ύψωμα και να τα καθοδηγήσουν να πηδήξουν και να σκαρφαλώσουν.
Το πείραμα έδειξε έναν αργό βαθμό επικοινωνίας, με τη χρήση μόνο τριών καλωδίων, αλλά απέδειξε ότι χρήσιμες πληροφορίες μπορούν να σταλθούν απευθείας στο μυαλό των ζώων. Τι θα γινόταν άραγε αν υπήρχαν περισσότερες συνδέσεις με καλώδια; Θα μπορούσαν πιο λεπτομερείς πληροφορίες να περάσουν στον εγκέφαλο, όπως για παράδειγμα εικόνες ή ήχοι;
Θα μπορούσαν τέτοιες πληροφορίες να εξαχθούν καταγράφοντας νευρικά σήματα; Και το πιο σημαντικό, θα μπορούσε κάτι ανάλογο να δουλέψει και στους ανθρώπους, ώστε εικόνες, λόγια και μηνύματα να μπορούσαν να ανταλλαχθούν μεταξύ εγκεφάλου και μηχανής, ή ακόμα και μεταξύ εγκεφάλων;
Οι τελευταίες ελπίδες οδήγησαν στη δημιουργία τον περασμένο χρόνο του προγράμματος με την ονομασία Brain Machine Interface. Το πρόγραμμα επικεντρώνεται σε τρεις τομείς – μηχανικές ικανότητες, αισθητήρια αντίληψη και μνήμη.
Για το πρόγραμμα αυτό κλήθηκαν οι καλύτεροι νευροεπιστήμονες, μηχανικοί και μαθηματικοί για να σχηματίσουν μία ομάδα ειδικών που θα είχε ως σκοπό να μελετήσει την επικοινωνία μεταξύ εγκεφάλου και μηχανής και εγκεφάλου με εγκεφάλου.
Κινητήριο Κίνητρο
Στο Πανεπιστήμιο Duke στη Ν. Καρολίνα, στα μέσα της δεκαετίας του ’90, ο νευροεπιστήμονας Μιγκέλ Νικολέλις και οι συνάδελφοί του ασχολήθηκαν με το τμήμα του εγκεφάλου που ελέγχει την κίνηση. Κατάφεραν να διδάξουν ένα ποντίκι να χειρίζεται ένα μοχλό μέσω ηλεκτροδίων που εμφυτεύτηκαν στον εγκέφαλό του.
Το πρώτο ποντίκι έμαθε να πιέζει το μοχλό για να μπορεί να πιει νερό. Καθώς το ποντίκι ασκούσε πίεση στο μοχλό, ο Δρ. Νικολέλις κατέγραψε σήματα από 46 νευρώνες στο τμήμα του εγκεφάλου που ελέγχει την κίνηση. Στη συνέχεια, έκοψε τη σύνδεση μεταξύ του μοχλού και του νερού.
Ο απογοητευμένος ποντικός πίεζε το μοχλό επανελλειμένως, αλλά μπορούσε να πιει νερό μόνο όταν οι 46 νευρώνες επαναλάμβαναν το ίδιο μοτίβο που είχε αρχικά καταγράψει ο Νικολέλις. Μετά από λίγες ώρες, ο ποντικός έμαθε να πίνει νερό μέσω της σκέψης μόνος του.
Όταν στα τέλη της δεκαετίας, ο Νικολέλις μετέφερε το πείραμά του σε ένα πιθηκάκι, το εμφύτευμα είχε μεγαλώσει τόσο σε πολυπλοκότητα και μπορούσαν να καταγραφούν οι αντιδράσεις 100 περίπου νευρώνων.
Καθώς η Μπελ, το πιθηκάκι, χρησιμοποιούσε ένα τζόιστικ για να ακολουθήσει τον κέλσορα στην οθόνη, ένας υπολογιστής συνέκρινε τις κινήσεις του τζόιστικ με τα σήματα από το εμφυτευμένα ηλεκτρόδια. Ο υπολογιστής μπορούσε στη συνέχεια να χρησιμοποιήσει την εγκεφαλική δραστηριότητα της Μπελ για να οδηγήσει ένα μηχανικό βραχίονα σε ένα άλλο δωμάτιο.
Από τότε, ο Νικολέλις άρχισε να πειραματίζεται με τις μαϊμούδες μακάκι, επειδή η μορφολογία τους εγκεφάλου τους ήταν πολύ κοντά στην ανθρώπινη. Αυτή τη φορά, ο στόχος θα ήταν η μαϊμού να μάθει να κινεί ένα μηχανικό βραχίονα χρησιμοποιώντας σήματα που είχαν σταλθεί απευθείας από την περιοχή του εγκεφάλου που ήταν υπεύθυνη για την κίνηση.
Εφτακόσια μικροηλεκτρόδια τοποθετήθηκαν σε δέκα διαφορετικές πλευρές του εγκεφάλου, καταγράφοντας σήματα από περίπου τριακόσιους νευρώνες. Την ίδια ώρα, μικροί αισθητήρες απεικόνιζαν σήματα από τους μύες του βραχίονα της μαϊμούς, που συνέκριναν την προοριζόμενη τροχιά με αυτή του μηχανικού βραχίονα.
Αυτή η εργασία υποβάλλεται τώρα σε εξονυχιστική μελέτη με σκοπό τη δημοσίευση και έτσι ο Νικολέλις δεν μπορεί να αποκαλύψει πολλές λεπτομέρειες. Άλλα, όπως ισχυρίζεται, κατάφεραν να στείλουν πίσω σήματα από το μηχανικό βραχίονα στον εγκέφαλο της μαϊμούς.
Ενώ, ο Νικολέλις εξάγει πληροφορίες για την κίνηση, άλλε νευροεπιστήμονες χρηματοδοτούμενη από την DARPA εργάζονται πάνω στον τρόπο με τον οποίο θα μπορούν να μεταδώσουν εικόνες και ήχους στον εγκέφαλο.
Ο Τομάσο Πότζιο και ο Τζέιμς ΝτιΚάρλο του MIT, μαζί με τον Κρίστοφερ Κοχ του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνια στοχεύουν σε ένα τμήμα του εγκεφάλου, το οποίο είναι ζωτικής σημασίας για την αναγνώριση αντικειμένων και καταγράφουν την δράση των νευρώνων στους εγκεφάλους των μαϊμούδων που εκτελούν έργα σχετικά με εικόνες.
Οι ακουστικές λειτουργίες του εγκεφάλου μελετώνται από τον Τζόνι Κας του Πανεπιστημίου Βάντερμπιλντ στο Νάσβιλ στο Τένεσι, ο οποίος προσπαθεί να αποκρυπτογραφήσει τους κωδικούς, που η ακουστική περιοχή χρησιμοποιεί για να αναπαράγει ήχους. Ο Κας πρόσφατα κατέγραψε αντιδράσεις από διαφορετικούς πληθυσμούς νευρώνων στο ακουστικό μέρος του εγκεφάλου των πίθηκων μακάκι.
Τελικά, και οι δύο ομάδες ελπίζουν να κατανοήσουν αρκετά τον τρόπο με τον οποίο οι εικόνες και οι ήχοι αντιπροσωπεύονται στις περιοχές όπου μελετούν για να μπορέσουν να στείλουν πίσω σε αυτές τις περιοχές σήματα, δημιουργώντας το αίσθημα ότι τα ζώα αντιλαμβάνονται αληθινά ερεθίσματα.
Τέλος, οι νευροεπιστήμονες Σαμ Ντέντγουάιλερ του Πανεπιστημίου Γουέικ Φόρεστ και Τεντ Μπέργκερ του Πανεπιστημίου της Β. Καλιφόρνια ερευνούν την περιοχή του εγκεφάλου που ονομάζεται ιππόκαμπος και έχει άμεση σχέση με την αποθήκευση αναμνήσεων. Σκοπεύουν να ερευνήσουν αν το πυρίτιο μπορεί να αντικαταστήσει μέρη του εγκεφάλου.
Οι ερευνητές θέλουν να εξετάσουν αν μπορούν να κατασκευάσουν ένα μικροτσίπ που θα λαμβάνει σήματα από την πρώτη περιοχή και να τα αποθηκεύει στο τελικό στάδιο, παραλείποντας το ενδιάμεσο στάδιο.
Μικροεπεξεργαστής μνήμης
Η ομάδα του Μπέργκερ έχει αρχίσει αναπτύσσοντας μία εικόνα από αυτό που κάνει ο ιππόκαμπος. Δραστηριοποιώντας τους νευρώνες σε φέτες από τον ιππόκαμπο του ποντικού και παρακολουθώντας την παραγωγή της δραστηριοποίησης, ελπίζουν να κατασκευάσουν ένα μαθηματικό μοντέλο που θα μιμείται τη διαδικασία του ιππόκαμπου.
Παρόλη τη στρατιωτική χρηματοδότηση, όλες οι παραπάνω έρευνες έχουν ουσιαστικά ιατρικά οφέλη. Για παράδειγμα, η εργασία του ΝτιΚάρλο θα βελτιώσει τις γνώσεις μας για το μέχρι τώρα ευρέως άγνωστο κατώτερο κροταφικό φλοιό. Κακώσεις σε αυτήν την περιοχή προκαλούν αγνωσία – μία σπάνια κατάσταση, η οποία εμποδίζει τους ανθρώπους να ξεχωρίζουν ή να αναγνωρίζουν αντικείμενα.
Ένας συνθετικός ιππόκαμπος, από την άλλη, θα μπορούσε να βοηθήσει όσους υποφέρουν από την ασθένεια Αλτσχάιμερ, την επιληψία και τη συμφόρηση.
Ανιχνεύοντας σήματα
Ο Μπέργκερ, όμως, γνωρίζει πολύ καλά ότι ο σκοπός της DARPA πηγαίνει πολύ μακρύτερα από την αντικατάσταση των νευρώνων από τσιπ. Παρόλο που οι ερευνητές που συμμετείχαν στα προγράμματα έψαχναν για θεραπευτικούς συσκευές, κάθε συσκευή από μόνη της, θεωρητικά, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αναβάθμιση της φυσιολογικής ανθρώπινης λειτουργίας.
Μακροπρόθεσμα, όλες αυτές οι διαφορετικές παράκτιες εργασίες θα γεννήσουν νέες τεχνολογίες που θα επιτρέψουν στις εικόνες να αναμεταδίδονται απευθείας στους εγκεφάλους των στρατιωτών.
Για παράδειγμα, οι πιλότοι θα μπορούν να λαμβάνουν αισθητήρια κυκλώματα και να κινούν το αεροπλάνο μόνο με τη σκέψη τους. Επιπλέον, το σύστημα θα μπορεί να εντοπίζει αν κάποιος πιλότος είναι έτοιμος να κάνει μία λάθος κίνηση.
Αλλά τέτοιοι στόχοι ίσως δεν είναι τίποτα άλλο από φαντασιώσεις στρατιωτικών και επιστημονικών φουτουριστών; Στο μέλλον, τεχνολογικά προβλήματα μπορεί να μπλοκάρουν την εξέλιξη. Ο εγκέφαλος βλέπει το εμφυτευμένο ηλεκτρόδιο ως έναν ξένο εισβολέα και στέλνει κύτταρα να εγκεκυστώσουν τα ηλεκτρόδια, εμποδίζοντας τη μετάδοση σημάτων.
Χρησιμοποιώντας εύκαμπτα, καλυμμένα με τεφλόν ηλεκτρόδια, ο Νικολέλις κατάφερε να κρατήσει τα ηλεκτρόδια εμφυτευμένα στους εγκεφάλους των πιθήκων για δύο χρόνια και να διατηρήσει την ακεραιότητα των καταγεγραμμένων σημάτων. Ακόμα κι έτσι, όπως ο ίδιος υποστηρίζει, χρειάζεται περισσότερη δουλειά πάνω στην βιοσυμβατότητα των διαφόρων υλικών.
Ενώ η DARPA ασχολείται με τα μακροπρόθεσμα αυτά προβλήματα, οι νευροεπιστήμονες που συμμετείχαν στα προγράμματα νιώθουν ευχαριστημένοι που διεξάγουν τέτοιες έρευνες. Οι περισσότεροι από αυτούς υποστηρίζουν ότι αν δεν ήταν η DARPA δεν θα είχαν την ευκαιρία να εργαστούν σε τέτοιου είδους πειράματα.
