Ученые UC Berkeley используют голографические лазеры для редактирования активности мозга и разблокировки языка разума.
Внутри мозга почти 100 миллиардов нейронов одновременно запускают 20 триллионов синапсов (сигналов) каждую секунду - это сравнимо с 1 триллионом битов в секунду на процессоре. Каждый нейрон разветвляется и соединяется с другими клетками, иногда образуя до 10 000 соединений. Каждый синапс также представляет собой отдельный аспект жизни - будь то запах, ощущение, звук, зрение или что-то в этом роде. Вместе они диктуют каждое действие, мысль и память в разуме. В целом, они объединяются как сознание.
Но что, если бы мы могли редактировать деятельность внутри нашего мозга? Нейробиологи UC Беркли оттачивают технологии, которые однажды сделают долгоживущую научно-фантастическую басню программирования человеческого мозга реальностью. В настоящее время команда разрабатывает методику с использованием голографических лазерных проекций для проецирования данных непосредственно в мозг - и она уже доказала свою успешность.
В недавней работе под названием "Точное мультимодальное оптическое управление активностью нейронного ансамбля" команда ученых UC Berkeley разработала голографическую систему, которая может искусственно создавать активность мозга. Эта система была использована для стимуляции различных участков мозга мыши для управления ее различными органами чувств. Команда надеется в один прекрасный день использовать эту технологию для разработки нейропротезов, способных воспроизводить любые органы чувств - слух, вкус, осязание, обоняние или зрение.
Как это работает
Несмотря на свою сложность, мозг полагается на несколько фундаментальных процессов для отправки, получения и хранения данных и инструкций. Специальные клетки нервной системы посылают и получают электрохимические сигналы по всему организму, чтобы отчитаться об окружающей среде. Внутри мозга определенные области отвечают за распределение каждого сенсорного входа по нужным областям. Именно в этих областях ученые заинтересованы. Способность контролировать такие области позволит ученым запрограммировать каждое из пяти основных чувств.
Контроль над частями активности мозга требует миллисекундной точности в трехмерном пространстве для нацеливания и стимуляции нейронов. Это непростая задача, и она должна быть выполнена таким образом, чтобы вызвать искусственную активность мозга. Нейроны должны не только индивидуально отслеживаться, мишенью и стимуляцией, но и стимулироваться таким образом, чтобы имитировать органическую активность мозга.
Несмотря на требование казалось бы невозможной точности, несколько ученых, ответственных за последние достижения в области технологии редактирования мозга, опубликовали в конце 2017 года статью, в которой описывается новая технология, которая может одновременно стимулировать и контролировать несколько нейронов в трехмерном куске мозговой ткани. В конце апреля 2018 года команда опубликовала дополнительную работу, которая улучшилась по сравнению с их предыдущим дизайном. Теперь команда может стимулировать, подавлять и записывать активность мозга в режиме реального времени.
Мозговой редактирующий голографический проектор
Сами по себе нейроны не реагируют в присутствии света. Наличие системы, способной нацеливать и отслеживать отдельные нейроны при помощи света, аккуратно, но совершенно бесполезно при попытке вызвать активность мозга.
Чтобы обойти это ограничение, ученые прикрепили фоточувствительные микробные опсины к области нейронов вблизи поверхности мозга.
По сути, опсины - это белки, которые реагируют в присутствии света. При попадании вспышки света при прикрепленного к нейрону, это мгновенно вызывает локализованный всплеск активности мозга. Однако искусственная стимуляция, кажется, влияет на активность других нейронов в окружающем пространстве.
Предыдущие технологии с использованием фото стимулирующих опсинов, как правило, работали в двух измерениях. Методы были не только ограничены в диапазоне, но они также были довольно неточными. Предыдущие голографические методы проектирования приведет к тому, что опсины будут непреднамеренно стимулировать несколько нейронов одновременно. Результаты были интригующими, но не были достаточно точными, чтобы вызвать полезную деятельность мозга.
