Interfețe cerebrale-calculator

Interfețele Brain-Computer (BCI) sunt un domeniu de ultimă oră care intersectează neuroștiința, inginerie și informatică. Aceste sisteme permit comunicarea directă între creier și dispozitivele externe, permițând ca activitatea neuronală să fie tradusă în comenzi care pot controla computerele, protezele sau alte dispozitive tehnologice. SKS are un potențial enorm de a restabili funcțiile pierdute la persoanele cu tulburări neurologice, de a îmbunătăți abilitățile umane și de a deschide noi posibilități de interacțiune cu tehnologia.

Tehnologiile emergente SKS, cum ar fi implanturile neuronale și protezele avansate, depășesc limitele a ceea ce este posibil. Implanturile neuronale pot înregistra și stimula activitatea neuronală, oferind beneficii terapeutice și îmbunătățind funcțiile cognitive. Dispozitivele protetice integrate cu semnale neuronale oferă un control mai natural și intuitiv pentru persoanele amputate și persoanele cu paralizie.

Cu toate acestea, pe măsură ce SKS se dezvoltă, considerentele etice devin din ce în ce mai importante. Problemele de accesibilitate, impactul societal, confidențialitatea și identitatea umană de bază sunt în centrul dezbaterii. Asigurarea accesului echitabil la aceste tehnologii și abordarea potențialelor consecințe societale este esențială pentru dezvoltarea și integrarea lor responsabilă.

Acest articol explorează tehnologiile emergente SCS, concentrându-se pe implanturile și protezele neuronale și examinează considerațiile etice legate de accesibilitate și impactul societal.

Tehnologii emergente: implanturi neuronale și proteze

Implanturi neuronale

Prezentare generală

Implanturile neuronale sunt dispozitive implantate chirurgical în creier sau în sistemul nervos pentru a interacționa direct cu țesutul neural. Ele pot înregistra activitatea neuronală, pot stimula neuronii sau ambele. Aceste implanturi îndeplinesc o varietate de funcții, de la intervenții terapeutice până la îmbunătățirea cognitivă.

Tipuri de implanturi neuronale

Dispozitive de stimulare a creierului profund (DBS).

• Funcţie: Furnizează impulsuri electrice în anumite zone ale creierului.
• Aplicație:
• Tratamentul bolii Parkinson: Reduce simptomele motorii, cum ar fi tremorul și rigiditatea.
• Tremor esențial: Ameliorează tremorurile involuntare.
• Distonie: Tratamentul contracțiilor musculare care provoacă posturi nenaturale.
• Tulburare obsesiv-compulsivă (TOC): Utilizare experimentală pentru cazuri severe.

Implanturi osoase

• Funcţie: Interacționează cu o parte a cortexului cerebral pentru a înregistra sau a stimula activitatea neuronală.
• Aplicație:
• Implanturi corticale motorii: Vă permite să controlați membrele protetice sau cursoarele computerului.
• Implanturi corticale vizuale: Are ca scop restabilirea vederii prin stimularea căilor vizuale.
• Sisteme de feedback senzorial: Oferă senzații tactile prin stimulare.

Conexiuni nervoase periferice

• Funcţie: Se conectează la nervii din afara creierului și a coloanei vertebrale.
• Aplicație:
• Managementul protezei: Interfețele cu nervii periferici permit controlul membrelor protetice.
• Proteze senzoriale: Restabilește senzații precum atingerea sau propriocepția.

Rețele de microelectrozi

• Exemple: Utah Array, Neurogrid.
• Funcţie: Înregistrare de înaltă densitate și stimulare a activității neuronale.
• Aplicație:
• Cercetare în neuroștiință: Cercetări privind rețelele neuronale și funcțiile creierului.
• Neuroprotetice: Managementul dispozitivelor de înaltă rezoluție.

Proiecte și dezvoltări notabile

Neuralink

• Fondator: Elon Musk.
• Scop: Pentru a crea interfețe creier-mașină de debit ultra-înalt pentru a conecta oameni și computere.
• Tehnologie:
• Electrozi flexibili de lipit: Mai subțire decât părul uman, conceput pentru a minimiza deteriorarea țesuturilor.
• Chirurgie robotică: Implementare automată pentru a îmbunătăți acuratețea.

BrainGate

• Colaboratori: Universitatea Brown, Spitalul General Massachusetts, Universitatea Stanford.
• Scop: Pentru a restabili comunicarea și mișcarea persoanelor cu paralizie.
• Realizări:
• Management computer: Participanții au putut controla cursoarele și brațele robotizate cu gândurile lor.

Sincron

• Tehnologie: Interfață neuronală Stentrode.
• Atitudine: Implantare minim invazivă prin vasele de sânge.
• Aplicație: Permite comunicarea pentru pacientii cu paralizie severa.

Integrarea protetică cu semnale neuronale

Progrese în protezarea membrelor

Controlul protetic neuronal

• Proteze mioelectrice
• Mecanism: Utilizează semnalele electrice de la mușchii rămași pentru a controla mișcările protetice.
• Limitări: Grad limitat de libertate și control mai puțin intuitiv.
• Redirecționare musculară direcționată (TMR)
• Proces: O procedură chirurgicală care redirecționează nervii către locații alternative ale mușchilor.
• Beneficia: Oferă semnale de control suplimentare protezelor, îmbunătățind funcționalitatea.
• Conexiuni neuronale directe
• Atitudine: Electrozii sunt implantați în cortexul motor sau nervii periferici.
• Functionalitate:
• Control intuitiv: Utilizatorii pot controla protezele folosind mișcările dorite.
• Mișcări complexe: Permite controlul mai multor grade de libertate.

Integrarea feedback-ului senzorial

• Sentiment artificial
• Feedback tactil: Protezele dotate cu senzori transmit utilizatorului senzațiile de atingere.
• Feedback propioceptiv: Oferă conștientizarea poziției și mișcărilor membrelor.
• Tehnici
• Stimulare electrica: Prin stimularea nervilor pentru a induce senzații.
• Optogenetica: Metodologie experimentală care utilizează lumina pentru a controla neuronii modificați genetic pentru a exprima canalele ionice sensibile la lumină.

Studii de caz și exemple

Membru protetic modular (MPL)

• Dezvoltator: Laboratorul de Fizică Aplicată Johns Hopkins.
• Caracteristici:
• Robotică avansată: Oferă aproape flexibilitatea unei mâini umane.
• Integrare neuronală: Controlat prin electrozi implantați în cortexul motor.
• Rezultate: Participanții au putut îndeplini sarcini complexe, cum ar fi strângerea de mână și manipularea obiectelor.

LUCA Braţ

• Dezvoltator: Corporația de Cercetare și Dezvoltare DEKA.
• Inovaţie: Combină controlul mioelectric cu feedback-ul forței de prindere.
• Impact: Abilități motorii fine îmbunătățite pentru utilizatori.

Considerații etice: accesibilitate și impact public

Accesibilitate

Bariere economice

• Preturi mari:
• **Dezvoltare și producție

Costuri:** Advanced SKS sunt costisitoare de dezvoltat și produs.

• Proceduri chirurgicale: Implementarea necesită expertiză și echipamente medicale specializate.
• Întreținere și actualizări: Costuri continue pentru întreținerea echipamentelor și actualizările software.
• Asigurari si decontari:
• Fără acoperire: Multe polițe de asigurare nu acoperă deloc tehnologiile SKS.
• Inegalități socioeconomice: Este posibil ca persoanele cu niveluri de venit mai mici să nu aibă acces la aceste tehnologii.

Includere

• Inegalități globale:
• Țările dezvoltate vs. în curs de dezvoltare: Accesul se face mai ales în țările mai bogate.
• Limitări ale infrastructurii: Există o lipsă de facilități medicale care să poată sprijini SKS.
• Drepturile persoanelor cu dizabilități:
• Împuternicire vs. Dependență: Asigurarea că SKS îmbunătățește autonomia fără a crea noi dependențe.
• Principii universale de proiectare: Proiectați tehnologii care sunt accesibile diverselor populații.

Strategii pentru îmbunătățirea accesibilității

Reducere de preț

• Economii de scară: Producție în masă pentru a reduce prețurile unitare.
• Platforme open source: Încurajează colaborarea în crearea și partajarea resurselor.

Politică și reglementare

• Finanțare guvernamentală: Subvenții și granturi pentru a încuraja cercetarea și accesul pacienților.
• Reforme în asigurări: Mandatul de acoperire a tehnologiilor esențiale SKS.

Parteneriate publice și private

• Cooperare: Colaborare între guverne, mediul academic și industrie pentru a promova accesul echitabil.
• Inițiative educaționale: Formarea profesioniștilor în regiunile în curs de dezvoltare.

Impactul public

Confidențialitate și securitate

Protecția datelor

• Informații sensibile: Datele neuronale sunt extrem de personale și unice.
• Abuz posibil: Risc ca interfețele neuronale să fie compromise sau accesate ilegal.
• Măsuri de securitate cibernetică:
• Criptare: Transmiterea datelor între SKS și dispozitivele externe este protejată.
• Standarde de reglementare: Stabiliți linii directoare pentru prelucrarea și protecția datelor.

Identitatea umană și autonomie

Schimbarea de sine

• Îmbunătățiri cognitive: SKS care îmbunătățește memoria sau cogniția poate modifica identitatea personală.
• Întrebări de autenticitate: Dezbaterea asupra sinelui „natural” versus abilitățile îmbunătățite tehnologic.

Autonomie

• Rețea de control: Asigurați-vă că utilizatorii au control deplin asupra SKS-ului lor.
• Consimțământ și agenție: Implementarea etică necesită consimțământ informat și respect pentru autonomia individuală.

Egalitate și Justiție

Stratificarea socială

• Puzzle de îmbunătățire: Posibilitatea ca SKS să creeze inegalități între indivizii îmbunătățiți și cei neîmbunătățiți.
• Riscuri de discriminare: Stigmat pentru cei care nu pot sau aleg să nu folosească SCS.

Accesibilitate corectă

• Nediscriminare: Politici de prevenire a discriminării bazate pe utilizarea sau îmbunătățirea SKS.
• Implică-te în crearea: Implicați diverse grupuri în procesul de proiectare și implementare a SKS.

Aspecte legale și de reglementare

Responsabilitate și responsabilitate

• Răspunderea pentru dispozitivele nefuncționale: Clarificați răspunderea atunci când echipamentul se defectează și provoacă daune.
• Responsabilitati de productie: Asigurați siguranța și fiabilitatea SKS.

Proprietate intelectuală

• Drepturi de brevet: Echilibrați stimulentele pentru inovare cu accesibilitatea.
• Proprietatea datelor: Determinați cine deține datele neuronale generate de SKS.

Standarde internaționale

• Armonizare: Pentru a dezvolta standarde globale care ghidează utilizarea etică a SKS.
• Provocări internaționale: Abordați diferențele de reglementare și etică între țări.

Efecte psihologice și sociale

Bunăstare psihologică

• Dificultăți de adaptare: Utilizatorii pot întâmpina dificultăți în integrarea SKS în percepția lor de sine.
• Riscuri de dependență: Riscul ca utilizatorii să devină dependenți din punct de vedere psihologic de tehnologie.

Interacțiunea socială

• Schimbări de comunicare: SKS poate schimba modul în care indivizii interacționează social.
• Percepții culturale: Acceptarea diferită a SKS în diferite culturi.

Interfețele creier-calculator reprezintă o frontieră transformatoare în tehnologie și medicină, oferind posibilități profunde de a restabili funcțiile pierdute, de a îmbunătăți capacitățile umane și de a redefini interacțiunea cu lumea digitală.

Cu toate acestea, dezvoltarea SKS ridică considerații etice semnificative care trebuie abordate în mod proactiv. Accesibilitatea rămâne o provocare cheie, barierele economice și inegalitățile sociale tinzând să limiteze beneficiile pentru grupurile privilegiate.Impacturile societale, inclusiv preocupările privind confidențialitatea, schimbările identității umane și potențiala stratificare socială, necesită un dialog atent și o elaborare responsabilă a politicilor.

Asigurarea faptului că dezvoltarea TIC este etică, incluzivă și benefică pentru societate în ansamblu necesită colaborarea între dezvoltatorii de tehnologie, eticieni, factorii de decizie politică și public. Abordând considerentele etice alături de inovația tehnologică, putem valorifica potențialul interfețelor creier-calculator pentru a îmbunătăți viețile, susținând în același timp valorile egalității, autonomiei și justiției.

Literatură

• Allison, BZ, Dunne, S., Leeb, R., Maddían, J. del R. și Nijholt, A. (2013). Spre interfețe practice creier-calculator. Springer.
• Chandrasekaran, S. (2017). Tehnologia interfeței creier-calculator: către controlul și reabilitarea jocurilor. Inteligență computațională și neuroștiință, 2017.
• Fins, JJ, Illes, J. și Huggins, JE (Eds.). (2017). Provocări etice în tehnologia avansată a interfeței creier-calculator. Springer.
• Graimann, B., Pfurtscheller, G. și Allison, B. (Eds.). (2010). Interfețe creier-calculator: revoluționarea interacțiunii om-calculator. Springer.
• Lebedev, M.A. și Nicolelis, M.A.L. (2017). Interfețe creier-mașină: de la știința de bază la neuroproteze și neuroreabilitare. Recenzii fiziologice, 97(2), 767-837.
• Nijboer, F., Clausen, J., Allison, BZ și Haselager, P. (2013). Sondajul Asilomar: Opiniile părților interesate asupra problemelor etice legate de interfața creier-calculator. Neuroetica, 6(3), 541-578.
• Oxley, T., Opie, N., şi colab. (2016). Matrice de stent-electrozi endovasculare minim invazive pentru înregistrări cronice, de înaltă fidelitate, ale activității neuronale corticale. Biotehnologia naturii, 34(3), 320-327.
• Rao, R.P.N. (2019). Interfața creier-calculator: o introducere. Cambridge University Press.
• Sherman, W.R. și Craig, A.B. (2018). Înțelegerea realității virtuale: interfață, aplicație și design (ed. a II-a). Morgan Kaufman.
• Slater, M., & Sanchez-Vives, MV (2016). Îmbunătățirea vieții noastre cu realitatea virtuală captivantă. Frontiere în robotică și IA, 3, 74.
• Wiederhold, BK și Wiederhold, MD (2007). Terapia cu realitate virtuală pentru tulburările de anxietate: progrese în evaluare și tratament. Asociația Americană de Psihologie.

← Articolul precedent Următorul subiect→

• Instrumente digitale de învățare
• Asistenți de inteligență artificială
• Jocuri și abilități cognitive
• Realitate virtuală (VR) și realitate augmentată (AR)
• Dispozitive purtabile și biohacking
• Interfețe creier-calculator

Înapoi sus