211service.com
Smadzeņu kopprocesori
Eds Boidens , MIT Media Lab bioloģiskās inženierijas un smadzeņu un kognitīvo zinātņu docents, trešdien plkst. 15.30 uzstāsies ar prezentāciju par gaismas izmantošanu smadzeņu traucējumu pētīšanai un ārstēšanai. EmTech 2010 . Skaties sesijas tiešraidi šeit.
Pēdējās desmitgadēs ir pieaudzis tādu tehnoloģiju izgudrojumu pieaugums, kas ļauj novērot vai traucēt informāciju smadzenēs. Funkcionālā MRI, kas mēra ar smadzeņu darbību saistītās asins plūsmas izmaiņas, tiek pētīta tik dažādiem mērķiem kā melu noteikšana, cilvēka lēmumu pieņemšanas prognozēšana un valodas atveseļošanās novērtējums pēc insulta. Implantētos elektriskos stimulatorus, kas ļauj kontrolēt nervu ķēdes darbību, nēsā simtiem tūkstošu cilvēku, lai ārstētu tādus apstākļus kā kurlums, Parkinsona slimība un obsesīvi-kompulsīvi traucējumi. Pētnieki plaši izmanto jaunas metodes, piemēram, gaismas izmantošanu, lai aktivizētu vai apklusinātu specifiskus neironus smadzenēs, lai atklātu ieskatu par to, kā kontrolēt neironu ķēdes, lai panāktu terapeitiski noderīgas izmaiņas smadzeņu dinamikā. Mēs ieejam neirotehnoloģiju renesansē, kurā smadzeņu izpratnes un to funkciju inženierijas instrumentu kopums paplašinās gan darbības jomas, gan jaudas ziņā nepieredzēti strauji.
Šis instrumentu kopums ir izaudzis līdz tādam līmenim, ka vairāku neirotehnoloģiju stratēģiska izmantošana kopā viena ar otru kā sistēmu var dot fundamentālas jaunas iespējas gan zinātniski, gan klīniski, pārsniedzot to, ko tās var piedāvāt atsevišķi. Piemēram, apsveriet sistēmu, kas nolasa aktivitāti no smadzeņu ķēdes, aprēķina ķēdes vadības stratēģiju, lai tā nonāktu vēlamajā stāvoklī vai veiktu noteiktu aprēķinu, un pēc tam piegādā informāciju smadzenēs, lai sasniegtu šo kontroles stratēģiju. Šāda sistēma ļautu smadzeņu aprēķinus vadīt pēc iepriekš noteiktiem mērķiem, ko noteicis pacients vai klīnicis, vai adaptīvi vadīties, reaģējot uz pacienta vides apstākļiem vai pacienta smadzeņu momentāno stāvokli.
Aktīvi tiek izstrādāti daži šāda veida smadzeņu kopprocesoru tehnoloģijas piemēri, piemēram, sistēmas, kas traucē epilepsijas smadzenes, kad tiek elektriski novērotas lēkmes, un protezēšana amputētajiem, kas reģistrē nervus, lai kontrolētu mākslīgās ekstremitātes, un stimulē nervus, lai nodrošinātu sensoro atgriezenisko saiti. Raugoties uz leju, šādas sistēmas arhitektūras varētu būt spējīgas veikt ļoti progresīvas funkcijas — sniegt tieši laikā informāciju pacienta ar demenci smadzenēm, lai uzlabotu izziņas spējas, vai veidot atkarības pacienta riska uzņemšanās profilu. stimuli, kas izraisa alkas.
Ņemot vērā arvien pieaugošo pieejamo smadzeņu nolasīšanas un kontroles tehnoloģiju skaitu, vispārinātu smadzeņu kopprocesoru arhitektūru varētu iespējot, definējot kopējas saskarnes, kas regulē komponentu tehnoloģiju savstarpēju saziņu, kā arī operētājsistēmu, kas nosaka, kā visa sistēma darbojas kā vienots veselums – līdzīgi tam, kā personālie datori regulē to komponentu cieto disku, atmiņu, procesoru un displeju mijiedarbību. Šāda smadzeņu kopprocesora platforma varētu veicināt inovāciju, ļaujot neiroinženieriem koncentrēties uz neironu protezēšanu algoritmiskā līmenī, līdzīgi kā datorprogrammētājs var strādāt ar datoru konceptuālā līmenī, neplānojot katra atsevišķa bita likteni. Turklāt, ja parādās jaunas tehnoloģijas, piemēram, jauna veida neironu ierakstīšanas tehnoloģija, tās varētu iekļaut sistēmā un principā ātri savienot ar esošajām skaitļošanas un perturbācijas metodēm, neprasot šo citu komponentu intensīvu pielāgošanu.
Lai izstrādātu šādas smadzeņu kopprocesoru arhitektūras, būtu vajadzīgs zināms darbs, jo īpaši, lai tehnoloģijas būtu pietiekami standartizētas vai, iespējams, pietiekami atvērtas, lai tās būtu sadarbspējīgas dažādās kombinācijās. Tomēr, izstrādājot salīdzinoši vienkāršas prototipu sistēmas, varēja daudz mācīties. Piemēram, ierakstīšanas tehnoloģijas pašas par sevi var ziņot par smadzeņu darbību, bet nevar pilnībā apliecināt cēloņsakarību, ko novērotā smadzeņu darbība dod konkrētam uzvedības vai klīniskam iznākumam; kontroles tehnoloģijas var ievadīt informāciju neironu mērķos, taču pašas par sevi to rezultātus var būt grūti interpretēt endogēnās neironu informācijas un nenovērotās neironu apstrādes dēļ. Šos zinātniskos jautājumus var noskaidrot, izmantojot rudimentārus smadzeņu kopprocesorus, kas veidoti ar viegli pieejamiem komponentiem, kas izmanto ierakstīšanas tehnoloģijas, lai novērtētu, kā noteiktas neironu ķēdes perturbācijas maina smadzeņu dinamiku. Šādi pētījumi var sākt atklāt principus, kas nosaka, kā vislabāk kontrolēt ķēdi, atklājot neironu mērķus un kontroles stratēģijas, kas visefektīvāk noved pie mērķa smadzeņu stāvokļa vai uzvedības efekta, un tādējādi norādot ceļu uz jaunām terapeitiskām stratēģijām. Miniatūri, implantējami smadzeņu kopprocesori varētu atbalstīt jaunus personalizētas medicīnas veidus, piemēram, nepārtraukti pielāgojot neironu kontroles stratēģiju konkrēta pacienta mērķiem, stāvoklim, videi un vēsturei — svarīgas spējas, ņemot vērā daudzu smadzeņu darbības traucējumu dinamisko raksturu. .
Nākotnē smadzeņu kopprocesora skaitļošanas modulis var būt pietiekami spēcīgs, lai palīdzētu augsta līmeņa cilvēka izziņā vai sarežģītu lēmumu pieņemšanā. Protams, cilvēka intelekta palielināšana ir bijis viens no galvenajiem datorinženieru mērķiem jau vairāk nekā pusgadsimtu. Patiešām, ja mēs nedaudz mīkstinām smadzeņu kopprocesora definīciju, lai nebūtu nepieciešama tieša fiziska piekļuve smadzenēm, daudzas mūsdienās izstrādātās patērētāju tehnoloģijas saplūst ar smadzeņu kopprocesoriem līdzīgām arhitektūrām. Daudzas jaunas tehnoloģijas mēģina atklāt lietotājam noderīgu informāciju un piegādāt šo informāciju lietotājam reāllaikā. Turklāt šos atklāšanas un piegādes procesus arvien vairāk nosaka lietotāja vide (piemēram, atrašanās vieta) un vēsture (piemēram, sociālā mijiedarbība, meklēšana). Tādējādi mēs redzam atkāpšanos no klasiskā skatījuma (kā to sākotnēji paredzēja agrīnie domātāji par cilvēka un mašīnas simbiozi, piemēram, J. C. R. Likliders), kurā datori saņem mērķus no cilvēkiem, veic noteiktus aprēķinus un pēc tam nosūta rezultātus atpakaļ cilvēkiem.
Protams, ir rūpīgi jāapsver iespēja iekārtām piešķirt pilnvaras darboties kā proaktīviem cilvēku līdzprocesoriem un ļaut tām piesaistīt mūsu uzmanību ar savām aprēķinātajām prioritātēm, jo ikviens, kurš ir zaudējis stundas daudzu sociālo tīklu atjauninājumu vai pārtraukumu dēļ. meklētājprogrammas brīdinājumi var apliecināt. Kā mēs varam nodrošināt cilvēka smadzenēm piekļuvi arvien proaktīvākām kopapstrādes tehnoloģijām, neaizmirstot mūsu vispārējos mērķus? Viena no idejām ir izstrādāt un izvietot metriku, kas ļauj mums novērtēt cilvēka un līdzprocesora IQ, strādājot kopā, novērtējot dabiskā un mākslīgā intelekta sadarbības veiktspēju plašā problēmu risināšanas kontekstā. Galu galā cilvēki ar interneta smadzeņu kopprocesoriem (piemēram, klēpjdatoriem, kuros darbojas tīmekļa pārlūkprogrammas) var būt vairāk novērsti, ja mērķos ir ietverti gari, koncentrēti rakstīšanas uzdevumi, taču viņi var labāk sintezēt datus no dažādiem avotiem; dotā smadzeņu kopprocesora konfigurācija var būt laba dažām problēmām, bet slikta citām. Domājot par jaunajām skaitļošanas tehnoloģijām kā smadzeņu kopprocesoriem, mēs par tām domājam par to pozitīvo un negatīvo ietekmi uz smadzenēm, un, kas ir svarīgi, tas nodrošina pamatu to tiešo un jauno seku pārdomātai izstrādei.
Eds Boidens ir bioloģiskās inženierijas un smadzeņu un kognitīvo zinātņu docents Mediju laboratorijā, kuras sintētiskās neirobioloģijas grupa strādā pie neirotehnoloģijām, lai sistemātiski analizētu un kontrolētu neironu ķēdes.
Dags Frics ir Media Lab doktorants Fluid Interfaces grupā, kas strādā pie cilvēka spēju paplašināšanas, izmantojot tieši laikā apstrādi, kas papildina mūsu saskarni ar pasauli.
Braiens Alens ir Media Lab doktorants Sintētiskās neirobioloģijas grupā, strādājot, lai izstrādātu jaunas pieejas, lai izprastu, kā smadzenes rada emocijas.