पिघलने मन और मशीन: हम कितने करीब हैं? | नवाचार | स्मिथसोनियन - लेख, नवाचार, स्वास्थ्य और चिकित्सा, प्रौद्योगिकी

जिस तरह प्राचीन यूनानियों ने उड़ने वाली उड़ान के बारे में कल्पना की थी, आज की कल्पनाएँ मन और मशीनों को पिघलाने का सपना देखती हैं जो मानव मृत्यु दर की समस्या का एक उपाय है। क्या दिमाग, हमारी मानवीय सीमाओं को पार करने के लिए मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफेस (बीसीआई) प्रौद्योगिकियों के माध्यम से सीधे कृत्रिम बुद्धिमत्ता, रोबोट और अन्य दिमागों से जुड़ सकता है?

मूल: पुनर्वास और बहाली

सेंटर फॉर सेंसोरिमोटर न्यूरल इंजीनियरिंग (CSNE) के शोधकर्ता इब फेट्ज, मशीनों को दिमाग से जोड़ने वाले शुरुआती अग्रदूतों में से एक हैं। 1969 में, इससे पहले कि यहां तक कि व्यक्तिगत कंप्यूटर भी थे, उन्होंने दिखाया कि बंदर एक सुई को नियंत्रित करने के लिए अपने मस्तिष्क के संकेतों को बढ़ा सकते हैं जो एक डायल पर चले गए।

BCIs पर हालिया काम का उद्देश्य उन लोगों के जीवन की गुणवत्ता में सुधार करना है जो लकवाग्रस्त हैं या गंभीर मोटर विकलांग हैं। आपने समाचार में हाल की कुछ उपलब्धियों को देखा होगा: पिट्सबर्ग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने रोबोट के हाथ को नियंत्रित करने के लिए मस्तिष्क के अंदर दर्ज संकेतों का उपयोग किया है। स्टैनफोर्ड के शोधकर्ता अपने मस्तिष्क के संकेतों से लकवाग्रस्त रोगियों के आंदोलन के इरादों को निकाल सकते हैं, जिससे उन्हें टेबलेट का उपयोग वायरलेस तरीके से करने की अनुमति मिलती है।

इसी तरह, कुछ सीमित आभासी संवेदनाओं को मस्तिष्क के अंदर या मस्तिष्क की सतह तक विद्युत प्रवाह पहुंचाकर, वापस मस्तिष्क में भेजा जा सकता है।

दृष्टि और ध्वनि की हमारी मुख्य इंद्रियों के बारे में क्या? गंभीर दृष्टि दोष वाले लोगों के लिए बायोनिक आँखों के बहुत शुरुआती संस्करण व्यावसायिक रूप से तैनात किए गए हैं, और बेहतर संस्करण अभी मानव परीक्षणों से गुजर रहे हैं। दूसरी ओर, कॉक्लियर प्रत्यारोपण, सबसे सफल और सबसे प्रचलित बायोनिक प्रत्यारोपण में से एक बन गया है - दुनिया भर में 300, 000 से अधिक उपयोगकर्ता सुनने के लिए प्रत्यारोपण का उपयोग करते हैं।

एक द्विदिश मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफ़ेस (BBCI) दोनों मस्तिष्क से संकेत रिकॉर्ड कर सकते हैं और उत्तेजना के माध्यम से मस्तिष्क को जानकारी वापस भेज सकते हैं। (सेंटर फॉर सेंसोरिमोटर न्यूरल इंजीनियरिंग (CSNE), CC BY-ND)

सबसे परिष्कृत बीसीआई "द्वि-दिशात्मक" बीसीआई (बीबीसीआई) हैं, जो तंत्रिका तंत्र को रिकॉर्ड और उत्तेजित कर सकते हैं। हमारे केंद्र में, हम स्ट्रोक और रीढ़ की हड्डी की चोट के लिए एक नए क्रांतिकारी पुनर्वास उपकरण के रूप में BBCI की खोज कर रहे हैं। हमने दिखाया है कि बीबीसीआई का उपयोग दो मस्तिष्क क्षेत्रों के बीच या मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी के बीच संबंधों को मजबूत करने के लिए किया जा सकता है, और एक लकवाग्रस्त अंग को फिर से जोड़ने के लिए चोट के एक क्षेत्र के आसपास पुन: जानकारी प्रदान करता है।

इन सभी सफलताओं के साथ, आप सोच सकते हैं कि मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफ़ेस अगले उपभोक्ता के गैजेट के लिए तैयार है।

अभी भी शुरुआती दिन हैं

मस्तिष्क की सतह पर विद्युतीय परिवर्तनों का पता लगाने के लिए उपयोग की जाने वाली एक इलेक्ट्रोकॉर्टिकोग्राफी ग्रिड का विद्युत विशेषताओं के लिए परीक्षण किया जा रहा है। (सेंटर फॉर सेंसोरिमोटर न्यूरल इंजीनियरिंग, CC BY-ND)

लेकिन वर्तमान बीसीआई प्रदर्शनों में से कुछ पर ध्यान देने से पता चलता है कि हमारे पास अभी भी जाने का एक तरीका है: जब बीसीआई आंदोलनों का उत्पादन करता है, तो वे बहुत धीमी, कम सटीक और कम जटिल होते हैं जो सक्षम लोग हर दिन अपने अंगों के साथ आसानी से करते हैं। बायोनिक आँखें बहुत कम-रिज़ॉल्यूशन विज़न प्रदान करती हैं; कर्णावत प्रत्यारोपण इलेक्ट्रॉनिक रूप से सीमित भाषण जानकारी ले सकता है, लेकिन संगीत के अनुभव को विकृत करता है। और इन सभी प्रौद्योगिकियों को काम करने के लिए, इलेक्ट्रोड को शल्य चिकित्सा द्वारा प्रत्यारोपित किया जाना है - एक संभावना जो आज ज्यादातर लोग नहीं मानते हैं।

हालांकि, सभी बीसीआई आक्रामक नहीं हैं। Noninvasive BCIs जिन्हें सर्जरी की आवश्यकता नहीं होती है; वे आम तौर पर खोपड़ी से विद्युत (ईईजी) रिकॉर्डिंग पर आधारित होते हैं और इसका उपयोग कर्सर, व्हीलचेयर, रोबोटिक हथियार, ड्रोन, ह्यूमनॉइड रोबोट और यहां तक कि मस्तिष्क से मस्तिष्क संचार के नियंत्रण को प्रदर्शित करने के लिए किया जाता है।

लेकिन ये सभी डेमो प्रयोगशाला में रहे हैं - जहां कमरे शांत हैं, परीक्षण विषय विचलित नहीं हैं, तकनीकी सेटअप लंबा और व्यवस्थित है, और केवल लंबे समय तक प्रयोग यह दिखाने के लिए कि एक अवधारणा संभव है। वास्तविक दुनिया में व्यावहारिक उपयोग के लिए इन प्रणालियों को तेज और मजबूत बनाना बहुत मुश्किल साबित होता है।

प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड के साथ भी, दिमाग पढ़ने की कोशिश करने के साथ एक और समस्या यह उठती है कि हमारे दिमाग कैसे संरचित हैं। हम जानते हैं कि प्रत्येक न्यूरॉन और उनके हजारों जुड़े पड़ोसी एक अकल्पनीय रूप से बड़े और कभी-बदलते नेटवर्क बनाते हैं। न्यूरोइंजीनियर्स के लिए इसका क्या मतलब हो सकता है?

कल्पना कीजिए कि आप एक जटिल विषय के बारे में दोस्तों के एक बड़े समूह के बीच बातचीत को समझने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन आपको केवल एक ही व्यक्ति को सुनने की अनुमति है। आप बातचीत के बारे में बहुत ही मोटे विषय का पता लगाने में सक्षम हो सकते हैं, लेकिन निश्चित रूप से पूरी चर्चा के सभी विवरण और बारीकियां नहीं। क्योंकि हमारा सबसे अच्छा प्रत्यारोपण केवल हमें एक समय में मस्तिष्क के कुछ छोटे पैच को सुनने की अनुमति देता है, हम कुछ प्रभावशाली चीजें कर सकते हैं, लेकिन हम पूरी बातचीत को समझने में सक्षम नहीं हैं।

भाषा अवरोध के रूप में भी हम यही सोचते हैं। न्यूरॉन्स विद्युत संकेतों और रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक जटिल बातचीत के माध्यम से एक दूसरे के साथ संवाद करते हैं। इस देशी इलेक्ट्रो-केमिकल भाषा की व्याख्या इलेक्ट्रिकल सर्किट से की जा सकती है, लेकिन यह आसान नहीं है। इसी तरह, जब हम विद्युत उत्तेजना का उपयोग करके मस्तिष्क में वापस बोलते हैं, तो यह एक भारी विद्युत "उच्चारण" के साथ होता है। इससे न्यूरॉन्स के लिए यह समझना मुश्किल हो जाता है कि उत्तेजना अन्य सभी चल रही तंत्रिका गतिविधि के बीच में क्या संदेश देने की कोशिश कर रही है।

अंत में, नुकसान की समस्या है। मस्तिष्क का ऊतक नरम और लचीला होता है, जबकि हमारी अधिकांश विद्युत प्रवाहकीय सामग्री - मस्तिष्क के ऊतक से जुड़ने वाले तार - बहुत कठोर होते हैं। इसका मतलब यह है कि प्रत्यारोपित इलेक्ट्रॉनिक्स अक्सर स्कारिंग और प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का कारण बनते हैं जिसका अर्थ है कि समय के साथ प्रभावशीलता कम हो जाती है। लचीले बायोकंपैटिबल फाइबर और एरेज़ अंततः इस संबंध में मदद कर सकते हैं।

सह-पालन, सहवास

इन सभी चुनौतियों के बावजूद, हम अपने बायोनिक भविष्य के बारे में आशावादी हैं। बीसीआई को सही नहीं होना चाहिए। मस्तिष्क आश्चर्यजनक रूप से अनुकूली है और बीसीआई का उपयोग करने के तरीके को सीखने में सक्षम है कि कैसे हम कार चलाना या टचस्क्रीन इंटरफेस का उपयोग करना जैसे नए कौशल सीखते हैं। इसी तरह, मस्तिष्क नए प्रकार की संवेदी जानकारी की व्याख्या करना सीख सकता है, तब भी जब इसे गैर-मुख्य रूप से उपयोग करके वितरित किया जाता है, उदाहरण के लिए, चुंबकीय दालों।

अंततः, हम मानते हैं कि एक "सह-अनुकूली" द्विदिश BCI है, जहां इलेक्ट्रॉनिक्स मस्तिष्क के साथ सीखता है और सीखने की प्रक्रिया के दौरान लगातार मस्तिष्क से बात करता है, तंत्रिका पुल के निर्माण के लिए एक आवश्यक कदम साबित हो सकता है। इस तरह के सह-अनुकूली द्विदिश BCIs का निर्माण हमारे केंद्र का लक्ष्य है।

हम इसी तरह से हाल ही में "इलेक्ट्रोसेप्टिक" का उपयोग करके मधुमेह जैसी बीमारियों के लक्षित उपचार में सफलताओं के बारे में उत्साहित हैं - प्रयोगात्मक छोटे प्रत्यारोपण जो सीधे आंतरिक अंगों को आदेशों को संप्रेषित करके दवाओं के बिना एक बीमारी का इलाज करते हैं।

और शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रिकल-टू-बायोकेमिकल भाषा बाधा पर काबू पाने के नए तरीकों की खोज की है। उदाहरण के लिए, "तंत्रिका फीता", विशेष रूप से न्यूरॉन्स को अस्वीकार करने के बजाय प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड के साथ-साथ बढ़ने की अनुमति देने के लिए एक आशाजनक तरीका साबित हो सकता है। लचीले नैनोवायर-आधारित जांच, लचीले न्यूरॉन मचान और ग्लासी कार्बन इंटरफेस भविष्य में हमारे शरीर में जैविक और तकनीकी कंप्यूटरों को खुशी से सह-अस्तित्व देने की अनुमति दे सकते हैं।

सहायक से संवर्द्धन तक

एलोन मस्क के नए स्टार्टअप न्यूरालिंक का मानव और कृत्रिम बुद्धि के बीच चल रही हथियारों की दौड़ में अपने दिमाग को एक पैर देने के लिए बीसीआई के साथ मनुष्यों को बढ़ाने का अंतिम अंतिम लक्ष्य है। उन्हें उम्मीद है कि हमारी प्रौद्योगिकियों से जुड़ने की क्षमता के साथ, मानव मस्तिष्क अपनी क्षमताओं को बढ़ा सकता है - संभवतः हमें एक संभावित डायस्टोपियन भविष्य से बचने की अनुमति देता है जहां एआई ने प्राकृतिक मानव क्षमताओं को पार कर लिया है। इस तरह की दृष्टि निश्चित रूप से दूर की या काल्पनिक लग सकती है, लेकिन हमें अकेले एक विचार को खारिज नहीं करना चाहिए। आखिरकार, डेढ़ दशक पहले भी स्व-ड्राइविंग कारों को विज्ञान कथा के दायरे में वापस लाया गया था - और अब हमारी सड़कों को साझा करते हैं।

बीसीआई कई आयामों के साथ अलग-अलग हो सकता है: चाहे वह परिधीय तंत्रिका तंत्र (एक तंत्रिका) या केंद्रीय तंत्रिका तंत्र (मस्तिष्क) के साथ हस्तक्षेप करता है, चाहे वह आक्रामक या गैर-प्रमुख हो और चाहे वह खोए हुए कार्यों को बहाल करने में मदद करता हो या क्षमताओं को बढ़ाता हो। (जेम्स वू, सकुराम्बो, सीसी बाय-एसए से अनुकूलित)

निकट भविष्य में, ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस विकलांग लोगों को उनकी मानवीय क्षमता से परे सक्षम लोगों को बढ़ाने के लिए समारोह को बहाल करने से आगे बढ़ते हैं, हमें सहमति, गोपनीयता, पहचान, एजेंसी और असमानता से संबंधित मुद्दों के एक मेजबान से गहराई से अवगत होना चाहिए। । हमारे केंद्र में, दार्शनिकों, चिकित्सकों और इंजीनियरों की एक टीम इन नैतिक, नैतिक और सामाजिक न्याय मुद्दों को संबोधित करने के लिए सक्रिय रूप से काम कर रही है और क्षेत्र में बहुत आगे बढ़ने से पहले न्यूरिथिकल दिशानिर्देशों की पेशकश करती है।

हमारे दिमाग को तकनीक से जोड़ना अंततः एक स्वाभाविक प्रगति हो सकती है कि कैसे इंसानों ने उम्र के साथ खुद को प्रौद्योगिकी के साथ संवर्धित किया है, पहियों का उपयोग करने से लेकर मिट्टी की गोलियाँ और कागज पर हमारी यादों को बढ़ाने के लिए नोटिफिकेशन बनाने तक। आजकल के कंप्यूटर, स्मार्टफ़ोन और वर्चुअल रियलिटी हेडसेट, संवर्धित बीसीआई जैसे, जब वे अंत में उपभोक्ता बाजार में आते हैं, तो एक ही समय में, वादा, निराशा, जोखिम भरा और, वादा से भरा होगा।

यह आलेख मूल रूप से वार्तालाप पर प्रकाशित हुआ था।

जेम्स वू, पीएच.डी. बायोइन्जिनियरिंग में छात्र, वाशिंगटन विश्वविद्यालय के सेंसरोरिमोटर न्यूरल इंजीनियरिंग केंद्र के शोधकर्ता

राजेश पीएन राव, कंप्यूटर विज्ञान और इंजीनियरिंग के प्रोफेसर और सेंटर फॉर सेंसोरिमोटर न्यूरल इंजीनियरिंग, वाशिंगटन विश्वविद्यालय के निदेशक