Los equipos seleccionados para el programa de neurotecnología no quirúrgica de próxima generación de DARPA buscarán una combinación de enfoques para desarrollar interfaces portátiles para comunicarse con el cerebro
Neurotecnología no quirúrgica de próxima generación (N3)
DARPA ha otorgado fondos a seis organizaciones para apoyar el programa de neurotecnología no quirúrgica de próxima generación (N 3 ), anunciado por primera vez en marzo de 2018 . Battelle Memorial Institute, Carnegie Mellon University, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Palo Alto Research Center (PARC), Rice University y Teledyne Scientific lideran equipos multidisciplinarios para desarrollar interfaces cerebro-máquina bidireccionales de alta resolución para uso de personas sanas. miembros del servicio.
Estas interfaces portátiles podrían permitir, en última instancia, diversas aplicaciones de seguridad nacional, como el control de sistemas activos de ciberdefensa y enjambres de vehículos aéreos no tripulados, o la combinación 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 causar conflictos en líneas de tiempo que son demasiado cortas para que los humanos las manejen de manera efectiva solo con la tecnología actual”, dijo Al Emondi, el N 3 gerente de programa .
"Al crear una interfaz cerebro-máquina más accesible que no requiere cirugía para su uso, DARPA podría ofrecer herramientas que permitan a los comandantes de misión participar de manera significativa en operaciones dinámicas que se desarrollan a gran velocidad".
Durante los últimos 18 años, DARPA ha demostrado neurotecnologías cada vez más sofisticadas que se basan en electrodos implantados quirúrgicamente para interactuar con los sistemas nerviosos central o periférico. La agencia ha demostrado logros como el control neuronal de las extremidades protésicas y la restauración del sentido del tacto de los usuarios de esas extremidades, el alivio de enfermedades neuropsiquiátricas que de otro modo serían intratables, como la depresión, y la mejora de la formación y el recuerdo de la memoria.
Debido a los riesgos inherentes a la cirugía, estas tecnologías se han limitado hasta ahora al uso 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.
Los N 3 equipos de están siguiendo una variedad de enfoques que utilizan la óptica, la acústica y el electromagnetismo 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 están buscando interfaces completamente no invasivas que son completamente externas al cuerpo o sistemas de interfaz minuciosamente invasivos que incluyen nanotransductores que pueden enviarse al cerebro de manera temporal y no quirúrgica para mejorar la resolución de la señal.
El equipo de Battelle, dirigido por el investigador principal, el Dr. Gaurav Sharma, tiene como objetivo desarrollar un sistema de interfaz minuciosamente invasivo que empareja un transceptor externo con nanotransductores electromagnéticos que se administran de forma no quirúrgica a las neuronas de interés. Los nanotransductores convertirían las señales eléctricas de las neuronas en señales magnéticas que pueden ser registradas y procesadas por el transceptor externo, y viceversa, para permitir la comunicación bidireccional.
El equipo de la Universidad Carnegie Mellon, dirigido por el investigador principal, el Dr. Pulkit Grover, tiene como objetivo desarrollar un dispositivo completamente no invasivo que utiliza un enfoque acústico-óptico para registrar desde el cerebro y campos eléctricos interferentes para escribir en neuronas específicas. El equipo utilizará ondas de ultrasonido para guiar la luz dentro y fuera del cerebro para detectar la 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, dirigido por el investigador principal, el Dr. David Blodgett, tiene como objetivo desarrollar un sistema óptico coherente y completamente no invasivo para grabar desde el cerebro. El sistema medirá directamente los cambios en la longitud de la trayectoria óptica en el tejido neural que se correlacionan con la actividad neural.
El equipo de PARC, dirigido por el investigador principal, el 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 para una neuromodulación localizada más profunda en el cerebro.
El equipo de la Universidad de Rice, bajo el investigador principal, el Dr. Jacob Robinson, tiene como objetivo desarrollar un sistema bidireccional minuciosamente invasivo para grabar y escribir en el cerebro. Para la función de grabación, la interfaz utilizará tomografía óptica difusa para inferir la actividad neuronal 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, dirigido por el investigador principal, el Dr. Patrick Connolly, tiene como objetivo desarrollar un dispositivo integrado completamente no invasivo que utilice magnetómetros bombeados ópticamente micro para detectar campos magnéticos pequeños y localizados que se correlacionan con la actividad neuronal. El equipo utilizará ultrasonido enfocado para escribir en 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 el N 3 progreso del y considerar las posibles aplicaciones militares y civiles futuras y las implicaciones de la tecnología. Además, los reguladores federales están cooperando con DARPA para ayudar a los equipos a comprender mejor la autorización para uso humano a medida que avanza la investigación.
A medida que avanza el trabajo, estos reguladores ayudarán a orientar las estrategias para presentar solicitudes de exenciones de dispositivos en investigación y nuevos medicamentos en investigación para permitir ensayos en humanos de N 3 sistemas durante la última fase del programa de cuatro años.
“Si N 3 tiene éxito, terminaremos con sistemas de interfaz neuronal portátiles que pueden comunicarse con el cerebro desde un rango de solo unos pocos milímetros, llevando la neurotecnología más allá de la clínica y hacia un uso práctico para la seguridad nacional”, dijo Emondi. "Así como los miembros del servicio se ponen el equipo de protección y táctica en preparación para una misión, en el futuro podrían ponerse unos auriculares que contienen una interfaz neuronal, usar la tecnología como sea necesario y luego dejar la herramienta a un lado cuando la misión esté completa".
Los detalles adicionales del cronograma y las métricas del programa están disponibles en el anuncio general de la agencia de 2018: https://go.usa.gov/xmK4s.
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