Cerebral-datamaskingrensesnitt

Brain-Computer Interfaces (BCI) er et banebrytende felt som krysser nevrovitenskap, ingeniørvitenskap og informatikk. Disse systemene tillater direkte kommunikasjon mellom hjernen og eksterne enheter, slik at nevral aktivitet kan oversettes til kommandoer som kan kontrollere datamaskiner, proteser eller andre teknologiske enheter. SKS har et enormt potensial for å gjenopprette tapte funksjoner hos individer med nevrologiske lidelser, forbedre menneskelige evner, og åpne for nye muligheter for interaksjon med teknologi.

Nye SKS-teknologier, som nevrale implantater og avanserte proteser, presser grensene for hva som er mulig. Nevrale implantater kan registrere og stimulere nevral aktivitet, gi terapeutiske fordeler og forbedre kognitive funksjoner. Protetiske enheter integrert med nevrale signaler gir mer naturlig og intuitiv kontroll for amputerte og personer med lammelser.

Men etter hvert som SKS utvikler seg, blir etiske hensyn stadig viktigere. Spørsmål om tilgjengelighet, samfunnspåvirkning, personvern og grunnleggende menneskelig identitet er i sentrum av debatten. Å sikre rettferdig tilgang til disse teknologiene og adressere potensielle samfunnsmessige konsekvenser er avgjørende for deres ansvarlige utvikling og integrering.

Denne artikkelen utforsker nye SCS-teknologier, med fokus på nevrale implantater og proteser, og undersøker etiske hensyn knyttet til tilgjengelighet og samfunnsmessig påvirkning.

Nye teknologier: Nevrale implantater og proteser

Nevrale implantater

Oversikt

Nevrale implantater er enheter kirurgisk implantert i hjernen eller nervesystemet for å samhandle direkte med nevralt vev. De kan registrere nevral aktivitet, stimulere nevroner eller begge deler. Disse implantatene utfører en rekke funksjoner, fra terapeutiske intervensjoner til kognitiv forbedring.

Typer nevrale implantater

Deep Brain Stimulation (DBS) enheter

• Funksjon: Leverer elektriske impulser til bestemte områder av hjernen.
• Søknad:
• Behandling av Parkinsons sykdom: Reduserer motoriske symptomer som skjelving og stivhet.
• Essensiell skjelving: Lindrer ufrivillige skjelvinger.
• Dystoni: Behandling av muskelsammentrekninger som forårsaker unaturlige stillinger.
• Obsessiv-kompulsiv lidelse (OCD): Eksperimentell bruk for alvorlige tilfeller.

Beinimplantater

• Funksjon: Samhandler med en del av hjernebarken for å registrere eller stimulere nevral aktivitet.
• Søknad:
• Motoriske kortikale implantater: Lar deg kontrollere protetiske lemmer eller datamaskinmarkører.
• Visuelle kortikale implantater: Tar sikte på å gjenopprette synet ved å stimulere visuelle veier.
• Sensoriske tilbakemeldingssystemer: Gir taktile sensasjoner gjennom stimulering.

Perifere nerveforbindelser

• Funksjon: Kobles til nerver utenfor hjernen og ryggraden.
• Søknad:
• Protesebehandling: Grensesnitt med perifere nerver tillater kontroll av protetiske lemmer.
• Sensoriske proteser: Gjenoppretter sensasjoner som berøring eller propriosepsjon.

Mikroelektrodematriser

• Eksempler: Utah Array, Neurogrid.
• Funksjon: Høytetthetsregistrering og stimulering av nevral aktivitet.
• Søknad:
• Nevrovitenskapelig forskning: Forskning på nevrale nettverk og hjernefunksjoner.
• Nevroproteser: Høyoppløselig enhetsadministrasjon.

Bemerkelsesverdige prosjekter og utviklinger

Neuralink

• Grunnlegger: Elon Musk.
• Hensikt: For å lage ultra-high-throughput hjerne-maskin-grensesnitt for å koble mennesker og datamaskiner.
• Teknologi:
• Fleksible loddeelektroder: Tynnere enn et menneskehår, designet for å minimere vevsskade.
• Robotkirurgi: Automatisert distribusjon for å forbedre nøyaktigheten.

BrainGate

• Samarbeidspartnere: Brown University, Massachusetts General Hospital, Stanford University.
• Hensikt: Å gjenopprette kommunikasjon og bevegelse til individer med lammelser.
• Prestasjoner:
• Databehandling: Deltakerne var i stand til å kontrollere markører og robotarmer med tankene sine.

Synkron

• Teknologi: Stentrode nevrale grensesnitt.
• Holdning: Minimalt invasiv implantasjon gjennom blodårer.
• Søknad: Tillater kommunikasjon for pasienter med alvorlig lammelse.

Protetisk integrasjon med nevrale signaler

Fremskritt innen protetiske lemmer

Nevral protesekontroll

• Myoelektriske proteser
• Mekanisme: Bruker elektriske signaler fra gjenværende muskler for å kontrollere protesebevegelser.
• Begrensninger: Begrenset grad av frihet og mindre intuitiv kontroll.
• Målrettet muskelomdirigering (TMR)
• Behandle: En kirurgisk prosedyre som omdirigerer nerver til alternative muskelplasseringer.
• Fordel: Gir ekstra kontrollsignaler til proteser, og forbedrer funksjonaliteten.
• Direkte nevrale forbindelser
• Holdning: Elektroder er implantert i den motoriske cortex eller perifere nerver.
• Funksjonalitet:
• Intuitiv kontroll: Brukere kan kontrollere protesen ved hjelp av tiltenkte bevegelser.
• Komplekse bevegelser: Gir kontroll over flere frihetsgrader.

Sensorisk tilbakemeldingsintegrasjon

• Kunstig følelse
• Taktil tilbakemelding: Proteser utstyrt med sensorer overfører berøringsfølelsene til brukeren.
• Proprioseptiv tilbakemelding: Gir bevissthet om lemmerposisjon og bevegelser.
• Teknikker
• Elektrisk stimulering: Ved å stimulere nerver til å indusere sensasjoner.
• Optogenetikk: Eksperimentell metodikk som bruker lys for å kontrollere nevroner genetisk modifisert for å uttrykke lysfølsomme ionekanaler.

Kasusstudier og eksempler

Modulære proteser (MPL)

• Utvikler: Johns Hopkins Applied Physics Laboratory.
• Funksjoner:
• Avansert robotikk: Gir nesten fleksibiliteten til en menneskelig hånd.
• Nevral integrasjon: Styres via implanterte elektroder i motorisk cortex.
• Resultater: Deltakerne var i stand til å utføre komplekse oppgaver som håndtrykk og objektmanipulering.

LUKE Arm

• Utvikler: DEKA Forsknings- og utviklingsselskap.
• Innovasjon: Kombinerer myoelektrisk kontroll med gripekrafttilbakemelding.
• Påvirkning: Forbedret finmotorikk for brukere.

Etiske hensyn: tilgjengelighet og offentlig innvirkning

Tilgjengelighet

Økonomiske barrierer

• Høye priser:
• **Utvikling og produksjon

Kostnader:** Avanserte SKS er dyre å utvikle og produsere.

• Kirurgiske prosedyrer: Implementering krever spesialisert medisinsk ekspertise og utstyr.
• Vedlikehold og oppdateringer: Løpende kostnader for vedlikehold av utstyr og programvareoppdateringer.
• Forsikring og oppgjør:
• Ingen dekning: Mange forsikringer dekker ikke SKS-teknologier i det hele tatt.
• Sosioøkonomiske ulikheter: Personer med lavere inntektsnivå har kanskje ikke tilgang til disse teknologiene.

Inkludering

• Globale ulikheter:
• Utviklede vs. utviklingsland: Tilgangen er for det meste i rikere land.
• Infrastrukturbegrensninger: Det er mangel på medisinske fasiliteter som kan støtte SKS.
• Rettigheter til mennesker med funksjonshemming:
• Styrking vs. avhengighet: Sikre at SKS forbedrer autonomien uten å skape nye avhengigheter.
• Universelle designprinsipper: Design teknologier som er tilgjengelige for ulike befolkninger.

Strategier for å forbedre tilgjengeligheten

Prisreduksjon

• Stordriftsfordeler: Masseproduksjon for å redusere enhetsprisene.
• Open Source-plattformer: Oppmuntre til samarbeid om opprettelse og deling av ressurser.

Politikk og regulering

• Offentlig finansiering: Subsidier og tilskudd for å oppmuntre til forskning og pasienttilgang.
• Forsikringsreformer: Mandatdekning av essensielle SKS-teknologier.

Offentlige og private partnerskap

• Samarbeid: Samarbeid mellom myndigheter, akademia og industri for å fremme rettferdig tilgang.
• Utdanningsinitiativ: Opplæring av fagfolk i utviklingsregioner.

Offentlig innvirkning

Personvern og sikkerhet

Databeskyttelse

• Sensitiv informasjon: Nevrale data er ekstremt personlige og unike.
• Mulig misbruk: Risiko for at nevrale grensesnitt kan bli kompromittert eller ulovlig tilgang til.
• Cybersikkerhetstiltak:
• Kryptering: Dataoverføring mellom SKS og eksterne enheter er beskyttet.
• Regulatoriske standarder: Etablere retningslinjer for databehandling og beskyttelse.

Menneskelig identitet og autonomi

Selvforandring

• Kognitive forbedringer: SKS som forbedrer hukommelse eller kognisjon kan endre personlig identitet.
• Autentisitetsspørsmål: Debatten om det "naturlige" selvet kontra teknologisk forbedrede evner.

Autonomi

• Kontrollnettverk: Sørg for at brukerne har full kontroll over sin SKS.
• Samtykke og byrå: Etisk implementering krever informert samtykke og respekt for individuell autonomi.

Likestilling og rettferdighet

Sosial stratifisering

• Forbedringspuslespill: Muligheten for at SKS vil skape ulikhet mellom forbedrede og uforbedrede individer.
• Diskrimineringsrisiko: Stigma for de som ikke kan eller velger å ikke bruke SCS.

Rettferdig tilgjengelighet

• Ikke-diskriminering: Retningslinjer som forhindrer diskriminering basert på bruk eller forbedring av SKS.
• Bli med i skapelsen: Involver ulike grupper i utformingen og implementeringsprosessen av SKS.

Juridiske og regulatoriske aspekter

Ansvar og ansvarlighet

• Ansvar for uvirksomme enheter: Avklar ansvar når utstyr svikter og forårsaker skade.
• Produksjonsansvar: Sikre sikkerheten og påliteligheten til SKS.

Immaterielle rettigheter

• Patentrettigheter: Balanser insentiver for innovasjon med tilgjengelighet.
• Dataeierskap: Bestem hvem som eier nevrale data generert av SKS.

Internasjonale standarder

• Harmonisering: Å utvikle globale standarder som veileder den etiske bruken av SKS.
• Internasjonale utfordringer: Ta tak i forskjeller i regulering og etikk mellom land.

Psykologiske og sosiale effekter

Psykologisk velvære

• Tilpasningsvansker: Brukere kan oppleve problemer med å integrere SKS i deres selvoppfatning.
• Avhengighetsrisiko: Risikoen for at brukerne blir psykisk avhengige av teknologien.

Sosial interaksjon

• Kommunikasjonsendringer: SKS kan endre hvordan individer samhandler sosialt.
• Kulturelle oppfatninger: Ulik aksept av SKS i ulike kulturer.

Hjerne-datamaskingrensesnitt representerer en transformativ grense innen teknologi og medisin, og tilbyr dype muligheter for å gjenopprette tapte funksjoner, forbedre menneskelige evner og omdefinere interaksjon med den digitale verden.

Utviklingen av SKS reiser imidlertid betydelige etiske hensyn som må ivaretas proaktivt. Tilgjengelighet er fortsatt en sentral utfordring, med økonomiske barrierer og sosiale ulikheter som har en tendens til å begrense fordelene til privilegerte grupper.De samfunnsmessige konsekvensene, inkludert personvernhensyn, endringer i menneskelig identitet og potensiell sosial lagdeling, krever gjennomtenkt dialog og ansvarlig politikkutforming.

Å sikre at utviklingen av IKT er etisk, inkluderende og fordelaktig for samfunnet som helhet krever samarbeid mellom teknologiutviklere, etikere, beslutningstakere og offentligheten. Ved å ta etiske hensyn ved siden av teknologisk innovasjon, kan vi utnytte potensialet til hjerne-datamaskin-grensesnitt for å forbedre liv samtidig som vi opprettholder verdiene som likhet, autonomi og rettferdighet.

Litteratur

• Allison, BZ, Dunne, S., Leeb, R., Maddían, J. del R., & Nijholt, A. (2013). Mot praktiske hjerne-datamaskingrensesnitt. Springer.
• Chandrasekaran, S. (2017). Hjerne-datamaskin grensesnittteknologi: mot spillkontroll og rehabilitering. Beregningsmessig intelligens og nevrovitenskap, 2017.
• Fins, JJ, Illes, J., & Huggins, JE (Red.). (2017). Etiske utfordringer i avansert hjerne-datamaskingrensesnittteknologi. Springer.
• Graimann, B., Pfurtscheller, G., & Allison, B. (Red.). (2010). Hjerne-datamaskin-grensesnitt: revolusjonerende menneske-datamaskin-interaksjon. Springer.
• Lebedev, M.A., & Nicolelis, M.A.L. (2017). Hjerne-maskin-grensesnitt: fra grunnleggende vitenskap til nevroproteser og nevrorehabilitering. Fysiologiske vurderinger97(2), 767-837.
• Nijboer, F., Clausen, J., Allison, BZ, & Haselager, P. (2013). Asilomar-undersøkelsen: Interessenters meninger om etiske spørsmål knyttet til Brain-Computer Interface. Nevroetikk6(3), 541-578.
• Oxley, T., Opie, N., et al. (2016). Minimalt invasiv endovaskulær stent-elektrode array for high-fidelity, kroniske registreringer av kortikal nevral aktivitet. Natur bioteknologi34(3), 320-327.
• Rao, R.P.N. (2019). Brain-Computer Interface: En introduksjon. Cambridge University Press.
• Sherman, W.R., & Craig, A.B. (2018). Forstå virtuell virkelighet: grensesnitt, applikasjon og design (2. utgave). Morgan Kaufman.
• Slater, M., & Sanchez-Vives, MV (2016). Forbedre livene våre med oppslukende virtuell virkelighet. Grenser innen robotikk og kunstig intelligens, 3, 74.
• Wiederhold, BK, & Wiederhold, MD (2007). Virtual Reality Therapy for angstlidelser: fremskritt i evaluering og behandling. American Psychological Association.

← Forrige artikkel Neste emne→

• Digitale læringsverktøy
• Assistenter for kunstig intelligens
• Spill og kognitive ferdigheter
• Virtual Reality (VR) og Augmented Reality (AR)
• Bærbare enheter og biohacking
• Hjerne-datamaskin-grensesnitt

Tilbake til toppen