homuncul

Прорывные нейротехнологии -- у военных

Программа N3 агентства DARPA, объявленная в 2018 году, определенно заслуживает пристального внимания. Как со стороны ученых в области нейронаук, так и со стороны тех, кто хочет (или по должности обязан) знать, какие технологии и возможности будут доступны в горизонте 10-15 лет.

Программа звучит как «Нехирургическая нейротехнология следующего поколения». Цель -- разработка неинвазивных ИМК высокого разрешения, которые обеспечат быстрое, эффективное и интуитивное взаимодействие солдат с военными системами. Если предыдущие программы DARPA были направлены на создание интерфейсов для восстановления раненых, то N3 заточена на применение нейронных интерфейсов в бою.

Как заявляет DARPA, они работают над усилением партнерства людей с компьютерными системами, чтобы идти в ногу с ожидаемой скоростью и сложностью будущих военных миссий. Крайне важно, чтобы военнослужащие могли в режиме реального времени и интуитивно взаимодействовать с интеллектуальными полуавтономными и автономными агентами, что невозможно при использовании обычных интерфейсов.

Абзац выше -- это, по сути, цитата.

Технологически задача состоит в том, чтобы неинвазивно, без хирургических операций, связываться с нервной тканью через череп, сохраняя при этом высокое пространственное и временное разрешение; причем как для записи, так и для стимуляции активности клеток.

Т.е. это должен быть двунаправленный интерфейс, позволяющий считывать сигнал из мозга и отправлять его в мозг. Категорий сигналов -- от шести и более в каждом направлении. Размер устройства -- в пределах 125 куб. см. И главное, оно устойчиво к движениям. Интерфейсы, что сегодня используют в медицине или научных исследованиях, нужно долго калибровать, а затем человек почти неподвижно сидит перед монитором.

Программа включает два типа технологий: неинвазивную и “слегка” инвазивную. Последняя допускает доставку вирусов, молекул, наночастиц и т.п., которые вводятся в мозг инъекцией, таблеткой или в виде спрея. Они усиливают или преобразуют сигнал от клеток таким образом, чтобы его могло считать внешнее устройство. В этом случае требование -- прибор должен регистрировать активность на уровне отдельных нейронов.

В DARPA считают, во-первых, что понадобятся новые решения в области физики рассеяния и ослабления сигналов при их прохождении через кожу, череп и ткань мозга; во-вторых, предлагают искать новые признаки активности нейронов, напр., оптические, акустические, магнитные. Отдельно прописано, что текущие методы, требующие громоздкого оборудования, типа МЭГ или МРТ, не будут рассматриваться. Улучшения в съеме ЭЭГ -- не предлагать.

В целом звучит довольно лихо для ближайших лет, но раз такая программа сформулирована, то, вероятно, некоторые идеи и технологические заделы уже имеются. Это жутко интригует.
Если хотя бы бегло ознакомиться с планом N3, трудно отделаться от двух мыслей. Первая -- изречение Черчилля о том, что генералы всегда готовятся к прошлой войне, не актуально. Во всяком случае, в Пентагоне. Вторая мысль -- военная сфера по-прежнему остается ключевым драйвером научно-технического развития, и об этом стоит помнить всем тем, кто воспевает прогресс.

Данное впечатление усилится, если обратить внимание на еще одну программу DARPA, также заявленную в 2018 году: AI Next. Она посвящена разработке ИИ технологий «третьей волны», которая предполагает, что интеллектуальные системы приобретают знания через генеративные контекстуальные и объяснительные модели. В том числе такой ИИ сможет объяснять свои решения.

DARPA предвидит будущее, в котором машины -- это больше, чем просто инструменты, которые выполняют запрограммированные человеком правила или же обобщают из наборов данных, собранных человеком. Скорее, машины, созданные DARPA, будут функционировать больше как коллеги, чем как инструменты. С этой целью исследования и разработки DARPA в области человеко-машинного симбиоза ставят своей целью партнерство с машинами.

Абзац выше -- тоже цитата. Он в точности следует логике, которую изложил Ликлайдер в 1960-м году и о чем я писал подробнее в лонгриде не так давно.

Там я утверждаю, что в недалеком времени цивилизация будет строиться на широком использовании искусственного интеллекта и интерфейсов мозг-компьютер. В DARPA именно так и считают, оттого бросают серьезные ресурсы (AI Next стоит $ 2 млрд.) на то, чтобы в таком мире не потерять лидерство. Разработки идут в рамках военного бюджета, но очевидно, что будут и прочие применения, ибо доминирование обеспечивается не только военными средствами.

То, что две эти программы запускаются параллельно, не случайность. Это осмысленный шаг, поскольку эффективное взаимодействие человека и машин требует как более мощного и гибкого ИИ, так и более быстрых и естественных способов связи с ним.

Полвека назад в DARPA положили начало интернету. Похоже, все идет к тому, что рождение “нейронета” произойдет там же.

Первых получателей грантов по N3 обещают объявить в начале 2019-го.
Это не про бег по пересеченной местности, так было бы чересчур. Но даже управляя из командного пункта, нельзя закладываться на то, что покачивание головой или движение рукам, что в ситуации стресса реальных боевых действий неизбежно, снесет связь с системой.
Ну может быть, но что то мне кажется, что временно парализовать человека, чтобы не рыпался, проще, чем создать систему которая может записывать в отдельные нейроны при поворотах головы, там же смещение структуры даже от поворота головы скорее всего превышает размер нейронов.

Ну если конечно есть самосборные наномашины, приклепленные к каждому нейрону, которые по цифровому каналу адресно получают, что и куда писать, тогда да.

А вот попасть в отдельный, движущийся нейрон, электромагнитным импульсом, чтобы по пути не активировать другие. Это пока запретительная задача просто с точки зрения сложности и скорости необходимых вычислений, даже не говоря про физику.

Когда-нибудь может быть. Но скорее сначала появится чтение отдельных нейронов и общение через визуальный канал. И сильно позже запись в движущийся моск.

Ну хотя они может не обязательно в отдельные нейроны. Наверное всяческие ништяки типа "сверхконцентрации", "зоны", и т.д. переключение между "рассеянным" способом мышления, и "концентрацией" в зависимости от ситуации

Не обязательно сразу иметь возможность передавать информацию что бы это было применимо.

Edited at 2018-10-09 12:16 pm (UTC)
Там и от сердцебиения колебания в некоторых местах наверное присутствуют ок (разве что пользователь с механическим беспульсным сердцем), даже с закрытым черепом. Так что и при отсутствии движения скелетных мышц (кроме обеспечивающих дыхания) будет сложно.

Но вообще я скептичен. Хорошо если у них получится нейропыль какая-нибудь. Но любой вид передачи (эм или звук) будет как-то воздействовать (скорее всего токсически) при хроническом использовании.

Но на мой взгляд проще и фундаментальнее развивать наномикрохирургию и не бояться взаимодействовать с биологией. Применений ей- миллионы. Настоящее преобразование человека.
Автор журнала писал про разработку с идеей когда берут выращенные нейроны и "прикладывают" к нужной области. Они сами прорастают, и никаких прорывов в наномашинах в общем но не нужно. Т.е. сделать такой жгут из таких нейронов и вывести через затылок, ну и получится как аборигены в "Аватаре".

По мне так вполне перспективный подход.
это хорошая идея (а также я что-то похожее в качестве проекта в онлайн-курсе независимо придумал).
но просто если есть нанохирургия, то она позволяет лепить протезы произвольной формы и функции и внедряться в организм для лечения болезней.
а также повышает модульность организма, т.е. быстрая замена частей тела, модулей памяти и т.п.

Edited at 2018-10-11 04:33 am (UTC)
Ну дело в том что подход с нейронами, хоть как то, но уже продемонстрирован. А с нанороботами все очень и очень непонятно. Я ставлю на то что этими нанороботами будут ( по крайней мере в начале) те самые минимально возможные живые клетки которые ваяет Вернор Виндж, потому что собрать что то с нуля, сейчас я думаю невозможно ( пока не появятся достаточно мощные квантовые компьютеры, которые позволят просчитывать химию достаточно больших систем, но это уже будут совсем другая история). В общем, я ставлю на то, что все будет круто, и прорыв в одной области скорее всего будет ускорять другие.
Не получится . Вообще никогда.Вживлённые нейроны должны быть связаны с первичными и вторичными зонами мозга .
Далее должны пройти "курс обучения " начиная с самого рождения в критические периоды развития мозга.
Затея с "прикладыванием"настолько дилетантская - напоминает уровень общеобразовательной школы.
Даже мёртвый нейрон имеет большую ценность чем вживлённый. Так как от "мертвеца " ветвится анатомический след, который позволяет другим нейронам перенять функции покойника . Ещё в более лучшем виде специализированным чем прижизненно.
Смысла нет вживлять то, чего и так дофига.
Как же можно настолько серьёзно заниматься профанацией с интерфейсами и "прикладываниями"!? Ведь потомки осудят.
Я не биолог. Автор этого журнала публиковал пост о статье в реферируемом журнале в которой люди с соответсвующими степенями предлагали подобных подход. Так что пока вы по-крайней мере не покажете мне хотя бы формальную экспертизу в данной области, я боюсь ваше мнение будет выслушано, но в общем и целом проигнорировано.

Сказав это, все таки хотелось бы поговорить и на уровне школьной программы

> Вообще никогда.Вживлённые нейроны должны быть связаны с первичными и вторичными зонами мозга .

Откуда это требование ? Насколько я понимаю BrainGate в котором всего 96 электродов и который подсоединен к мозгу достаточно локально, вполне способен выполнять некоторые функции BCI в частности управление движением курсора. Зачем имплант задача которого управление курсором мыши подсоединять к вторичным зонам мозга я не понимаю.

> Далее должны пройти "курс обучения " начиная с самого рождения в критические периоды развития мозга

Насколько я понимаю достаточно взрослые обезъяны обладают достаточной пластичностью для управления роботизированной рукой с помощью имплантов. Мне не очевидно, что даже если это проблема, то что этот процесс нельзя искуственно ускорить. Как показывает многочисленная медицинская практика, мозг как система достаточно устойчив к изменениям связности.

> Даже мёртвый нейрон имеет большую ценность чем вживлённый. Так как от "мертвеца " ветвится анатомический след, который позволяет другим нейронам перенять функции покойника . Ещё в более лучшем виде специализированным чем прижизненно.

Нет ли в данном утверждении некоторого противоречия с предыдущим постулатом о необходимости длительной тренировки "с рождения", и почему например подход с сконструированной имитацией такого следа мертвого нейрона не может быть использован для таких новых нейронов.

> Смысла нет вживлять то, чего и так дофига. Как же можно настолько серьёзно заниматься профанацией с интерфейсами и "прикладываниями"!? Ведь потомки осудят.

Я так вижу !!!








Edited at 2018-10-14 03:49 pm (UTC)
Дело не в том биолог вы или нет.
Биологу мне кажется будет сложнее разобраться , в этой теме.
Когда то был заранее выбран тупиковый подход в организации работы мозга - когда мозг соединяли с психикой.
Кластерные - нейросетевые теории , синергетика . Э. Кандель , Ф Крик ( лауреаты)Н. Бехтерева, К. Анохин и др. в.т.ч. Генри Маркрам , который возглавлял проект Blue Brain Project
Интерфейсы - А. Каплан, С Шишкин.
Работы много сделано , а результатов ноль.
То чего нам сейчас втюхивают даже в" в реферируемом журнале в которой люди с соответствующими степенями" - академическая наука о мозге НЕ ПОДДЕРЖИВАЕТ.
Это спекуляции и фантастические постулаты - даже не гипотезы. К научному методу не относятся.
Уважающий себя профессор к.л. ВУЗа будет об этом говорить в качестве факультатива, за рамками учебного процесса.
Некоторые учёные хотят, просто заработать . Но личной модели понимания работы мозга у них нет.
Оттуда и постоянные проколы . Ни один итерфейсовский проект ни у нас ни за рубежом не увенчался успехом .
В двух словах почему :
Когда то Наталья Петровна Бехтерева, думалы , что обнаружила в мозге корреляты психических процессов ( аналоги словам . буквам, мыслям) хотела создать , что то вроде технической телепатии - считывать мысли.
Но столкнулась с проблемой "гибких звеньев" ( заодно открыв такие звенья) - отказалась от этой затеи.
У Бехтеревой , хватило мужества публично в газете "Известия" признаться в своём фиаско и отказаться от идеи "считывания мыслей" при помощи ЭЭГ.
К сожалению Наталья Петровна , так и не смогла перенести удар "гибких звеньев" и нашла в мозге Бога.
Запад украл приоритет Бехтеревой "гибкие звенья" и теперь пытается замалчивать факты, так как это бы помешало коммерческому движению.
Тоже самое и в РФ.
В итоге мы с вами в дураках( во всяком случае я). Вынуждены прислушиваться -
"в реферируемом журнале в которой люди с соответствующими степенями".
Насчёт "тренировки нейронов" - прохождение через этапы обучение в особых зонах мозга это обязательный пункт.
Посмотрите лекцию по нейробиологии и генетике поведения №23


"Представление о конкурентном формировании нервных структур мозга разработана

Джеральдом Эдельманом (лауреат Нобелевской премии за серию работ по структуре антител). Эдельман показал, что при поступлении сигналов между нейронами, которые активируются одновременно, образуются нервные связи. Они образуют группы нейронов, которые на следующем этапе обучения животного, образуют группы более высокого порядка и так далее.
.................... На каждом этапе образование нервных связей между группами нейронов идет за счет конкуренции, то есть если сигналы не поступают, то нервные связи отмирают, и наоборот. Свою концепцию Эдельман назвал нейродарвинизмом, так как процесс конкурентного отбора нервных связей очень похож на естественный отбор, происходящий в процессе эволюции и образования видов.
Следующая серия экспериментов была проведена с совами Э.Кнудсеном. У сов очень хорошо развита зрительная и слуховая система. На совенка надевали призматические очки, в которых все образы смещались на двадцать градусов в сторону. Происходило рассогласование между слуховыми и зрительными сигналами. Через некоторое время после того, как зрительная кора сделала пересчет на двадцать градусов назад, слуховая система подстроилась под зрительную, и совенок без проблем ловил мышей. Но это происходило только в том случае, если совенку было не больше 70 дней. Если после этого очки снять, то слуховая кора может опять подстроиться под зрительную, но только если совенку не больше 200 дней. Однако если совенка держать в вольере, где много других сов, сензитивный период увеличивался, они больше времени были способны к обучению.
Их этих экспериментов был сделан вывод: богатая сенсорная среда продлевает сензитивный период. "


................
Так же можно посмотреть "нейрофизиология детского возраста"Микадзе Ю.В.
Где показана обязательная последовательность созревания зон мозга в определённые периоды развития.
"Вживлённые нейроны "без специальных анатомических путей , которые созревали в определённые сроки - будут бесполезными. В крайнем случае войдут в систему метаболизма - как лишняя энергетическая нагрузка.
Вот и всё :)




Вы ответили, насколько я понимаю на всего лишь одно мое возражения насколько я вижу. Все остальные насколько я понимаю достойны существования.

Я несколько не понимаю при чем здесь сенситивный период. Мы знаем что человеческий мозг даже в взрослом состоянии обладает необходимой пластичностью достаточной для минимального BCI. Эксперименты с BrainGate это показало. Даже если какой то уровень пластичности и утрачивается, то очевидно в данном случае это не важно, я не вижу как эта цитата что либо говорит в пользу или против возможности существования описанного типа интерфейсов.

Дальше вывод из эксперимента с совами, мне кажется несколько предвзятым. Результаты вполне объясняются и теорией, что пластичность вызывается богатой сенсорной средой. Провал повторения эксперимента на взрослых совах, можно объяснить тем что экспериментаторы не смогли создать среду которая бы была богатой на взрослых совах. Видимо никакого жесткого привязанного по времени физиологического процесса там нет, а он должен существовать если эти "сенситивные периоды" существуют.

Микадзе психолог. "Сенситивные периоды" судя по быстрому гуглингу используются тоже психологами.

В общем неубедительно. Поскольку я не специалист в данной области, то я буду верить дипломированным специалистам.

"..............Я несколько не понимаю при чем здесь сенситивный период. Мы знаем что человеческий мозг даже в взрослом состоянии обладает необходимой пластичностью достаточной для минимального BCI. Эксперименты с BrainGate это показало. Даже если какой то уровень пластичности и утрачивается, то очевидно в данном случае это не важно, я не вижу как эта цитата что либо говорит в пользу или против возможности существования описанного типа интерфейсов......................"

Например. если у человека вырезать кусок мозга величиной с апельсин в третичных зонах мозга , то этого никто не заметит в т.ч и сам человек.
Но если пострадают первичные зоны мозга которые развивались и давали анатомические пути нейросвязей во младенческом возрасте - то никакая нейропластичность ( так жие и синаптическая пластичность ) не поможет.
Пример - гонщик формулы Шумахер. Пожизненный "овощ"
Вживляйте сколько угодно Шумахеру новые нейроны - результата не будет так как повреждены первичные зоны мозга.
Если котят после рождения поместить только в горизонтальную среду и удерживать несколько месяцев, то потом в обычной среде котята будут постоянно натыкаться на вертикальные ножки стульев или штакетник.
Если ребёнка не учить говорить до определённого времени , то после критического периода ребёнок никогда не осилить больше пару десятков слов.
Были случаи когда слепым от рождения возвращали зрение через много лет.
Слепые становились инвалидами не по отсутствию зрения , а наоборот по присутствию онного.
Вообще - то нейро и синаптические пластичности это другая тема.
Кстати с дипломом у меня всё в порядке. :)
Другое дело я на стороне баррикад научного метода , а на мистико-неопределённых концепций.


> Вживляйте сколько угодно Шумахеру новые нейроны - результата не будет так как повреждены первичные зоны мозга.

Никто этого не пробовал насколько я понимаю почему вы так уверены, что это невозможно.

> Если котят после рождения поместить только в горизонтальную среду и удерживать несколько месяцев, то потом в обычной среде котята будут постоянно натыкаться на вертикальные ножки стульев или штакетник

И ? Это не означает, что не существует способа научить такого взрослого кота мыслить в 3д. Такие эксперименты вообще ставились ?

> Если ребёнка не учить говорить до определённого времени , то после критического периода ребёнок никогда не осилить больше пару десятков слов.

Есть случай какого то жителя латинской америки который не разговаривал до 20 с чем то лет. Потом он был способен более или менее внятно описывать то что он называл "время тьмы". Насколько я понимаю у него был запас побольше тех 20 слов которые вы утверждаете. У него был правда достаточно упорный учитель, которая не знала видимо про сенситивные периоды.

> Слепые становились инвалидами не по отсутствию зрения , а наоборот по присутствию онного.

И что это доказывает собственно ? Что их невозможно было обучить, или что они не были обучены ?

> Вообще - то нейро и синаптические пластичности это другая тема.

Т.е. сенситивные периоды, про которые вы начали говорить - это не про пластичность ? Я тогда не понимаю про что.

> Кстати с дипломом у меня всё в порядке. :)

Это просто замечательно.

> Другое дело я на стороне баррикад научного метода , а на мистико-неопределённых концепций.

А это я даже распарсить не могу.













"Т.е. сенситивные периоды, про которые вы начали говорить - это не про пластичность ? Я тогда не понимаю про что."

Синаптическая пластичность - преобладание выброса определённого нейромедиатора - обеспечивает КОНТЕКСТ в котором приобретается СМЫСЛ ( то что значимо и важно для данной особи).
Допустим у вас какой то нейрон отвечает за восприятие "дерево".
Но "дерево" можно воспринимать в разных контекстах ( ночное, дневное , поваленное, и т.д)
Пластичность, обеспечивает нужную реакцию в данном контексте, для адекватного реагирования при поступлении на сенсоры распознавателя "дерево" .
Кстати при поражениях третичных ассоциативных отделов мозга( вырезка мозга величиной с апельсин) утратится только некоторый контекст , которому со временем можно обучиться .
М.б. вы говорили про компенсаторные механизмы и назвали это пластичностью.
Например если долго носить очки с жёлтыми стёклами , то через некоторое время зелёная листва будет восприниматься не жёлтой, а зелёной как обычно.
Компенсаторный механизм :в этом случае у слепого зрительная кора , будет задействована для слуха. Или например человек рождается с одним полушарием ( реальный случай https://ria.ru/science/20091013/188708503.html ). Тогда все функции берёт на себя одно полушарие. Человек , с одним полушарием будет полноценный во всех отношениях. Это компенсаторные механизмы
Впрочем в неокортексе и электроды и линзы закрепленные на черепе часто ловят одни и те же нейроны даже при движении... Субкортекс тоже должен быть ок. Но череп это все таки немного инвазивно.