AI Inside: Hjärnchips som banar vägen för nästa språng i mänsklig evolution

Hjärnchips är inte längre science fiction. De har blivit en verklighet och omvandlar liv tack vare teknologiska framsteg, som gör att en dator kan avkoda hjärnsignaler, härleda mänskliga intentioner och slutligen utföra dem direkt genom en maskin.

Dessa system som möjliggör detta kallas BCI eller ett hjärn-datorgränssnitt, som studerar signaler från hjärnaktivitet. Neuralink är det mest välkända företaget inom detta område och skapar ett generellt hjärngränssnitt för att låsa upp mänsklig potential.

Men medan BCI har utvecklats sedan 1960-talet, hjälper de senaste framstegen inom AI till att uppnå mirakel. Dessa framsteg har lett till betydande steg i praktiska tillämpningar, särskilt för personer med funktionsnedsättningar, och visar den växande påverkan av denna teknik.

Aktuella tillämpningar och genombrott

Även om BCI-utvecklingen fortfarande främst är begränsad till forskningslaboratorier, har vi med AI:s utveckling börjat se demonstrationer av BCI:s praktiska användning för personer med funktionsnedsättningar.

AI-hjärnimplantat som återställer tal & rörelse

Med cirka 1,3 miljarder människor i världen som lever med måttliga till svåra funktionsnedsättningar förbättras AI-implantat i människor snabbt för att helt eliminera dessa begränsningar.

I ett par studier publicerade i tidsskrift Nature visade forskare från Stanford University och University of California San Francisco att deras BCI har gjort det möjligt för två kvinnor med förlamning att tala igen med enastående hastighet och precision. BCI:erna läser talrelaterad hjärnaktivitet och matar data till en språkmodell, som sedan levereras som användbart tal via datorgenererad röst eller text på skärmen.

Stanford-forskare implanterade elektrodematriser i storlek som popcornkärnor på den 68‑åriga Pat Bennets talmotoriska cortex i hjärnan, vilket sedan gränssnittar med programvara som låter henne tala. Samtidigt gav UCSF-forskare den 30‑åriga Ann, som är allvarligt förlamad, förmågan att tala och göra ansiktsuttryck (genom en digital avatar). Båda studierna registrerade enorma förbättringar i ordförrådsstorlek, hastigheten för språkavkodning och talprecision.

Kombinera AI & mikroelektronik för att bekämpa hjärnsjukdomar

AI, tillsammans med neurala implantat, används också för att behandla sjukdomar som epilepsi och Parkinsons genom att direkt modulera onormala aktiviteter. University of Toronto samlade elektriska och datatekniska ingenjörer med kliniker, neuroforskare och datavetenskapliga forskare för att förbättra hjärnhälsa och kartlägga alternativa behandlingsvägar.

Genom att använda djupinlärning extraherar teamet djupgående information, även dolda biomarkörer, och aktiverar sedan de neurala implantaten vid optimal tidpunkt. Idén är att i framtiden använda neuromodulationsterapier för att rikta in sig på:

• Kronisk smärta
• Depression
• Demens
• Alzheimers
• Sömnstörningar

Neuralinks mänskliga prövning

Musk’s startup för hjärnchips, Neuralink, har äntligen fått godkännande att påbörja sin första mänskliga prövning. Tidigare hade den amerikanska livsmedels- och läkemedelsmyndigheten (FDA) uttryckt säkerhetsbekymmer för den första kliniska prövningen på människor innan de gav klartecken, och företaget har nu också godkänts av en oberoende granskningskommitté för att påbörja rekrytering.

För sin PRIME‑studie (Precise Robotically Implanted Brain-Computer Interface) söker Neuralink patienter med förlamning på grund av cervikal ryggmärgsskada eller amyotrofisk lateralskleros. Prövningen, som förväntas ta omkring sex år att slutföra, kommer att innebära kirurgisk placering av ett trådlöst BCI‑implantat i hjärnan för att bedöma systemets förmåga att låta patienter styra externa enheter med sina tankar.

Med Neuralinks AI‑hjärnchip syftar Musk till att underlätta snabba kirurgiska insättningar av sina chip‑enheter för att behandla tillstånd som autism, depression och schizofreni. Hittills har företaget testat på djur, men nu rekryterar de förlamade volontärer för att förbättra livskvaliteten för miljontals.

Teknologiska och vetenskapliga framsteg

Under de senaste decennierna har banbrytande forskning bedrivits inom BCI‑området, som ger en direkt kommunikationslänk mellan hjärnan och en dator. Nu har AI tagit det ännu längre genom sin förmåga att analysera komplex data och generera mänskligt liknande output.

Medan talimplantat har varit avgörande för individer som förlorat sin talförmåga på grund av förlamning eller andra skador, har de varit extremt långsamma och otydliga. Men betydande framsteg inom neurovetenskap och modern databehandling tillsammans gör det nu möjligt att ha kommersiellt tillgängliga AI‑chip‑implantat för att återställa sensoriska och motoriska funktioner.

Idag ger detta underverk av modern teknik dem som förlorat förmågan att tala en röst genom att omvandla hjärnsignaler till text, med både hastighet och effektivitet. I Stanford‑forskningen hade teamet endast 9,1 % felprocent på ord, vilket är 2,7‑gånger mer exakt än tidigare BCI‑system. Detta uppnåddes med en algoritm som avkodar 62 ord per minut och närmar sig den konverserande hastigheten på 160 ord per minut, vilket är helt otroligt. För detta utnyttjade studien det största ordlistbiblioteket som använts för talavkodning med ett implantat – cirka 125 000 ord.

En ny studie, en del av BrainGate2 Neural Interface System‑prövningen, använde under tiden en typ av djupinlärning kallad återkommande neurala nätverk (RNN), som också används för att modellera hjärnprocesser som minne, uppmärksamhet och perception. Algoritmen separerade enkelt olika typer av ansiktsrörelser för tal baserat enbart på neurala signaler med över 92 % noggrannhet.

Eftersom avkodning av beteende eller kognitivt tillstånd från neurala signaler är kritisk för BCI‑forskning, har djupinlärning framträtt som metod i många maskininlärningsuppgifter såsom bildsegmentering och taligenkänning. Dess framgång har lett till användning för att förutsäga vanliga utdata, inklusive rörelse, tal och syn.

I ett annat fall utvecklade forskare ett icke‑invasivt AI‑system kallat en semantisk avkodare, som delvis utvecklades med en transformer‑modell liknande de som stödjer chatbotarna ChatGPT och Googles Bard. Forskare vid University of Texas at Austin tränade systemet, som inte kräver kirurgiska implantat, genom att lyssna på flera timmars podcaster i en fMRI‑skanner. Det genererar sedan en textström när deltagaren lyssnar på eller föreställer sig att berätta en ny historia.

Som vi såg här har användningen av AI verkligen hjälpt neurovetenskaplig forskning enormt. Det finns dock vissa överväganden som måste tas hänsyn till när man hanterar detta snabbt utvecklande område.

Klicka här för att lära dig om de nästa blockbuster‑terapierna för att bota neurologiska sjukdomar.

Etiska, integritets- och säkerhetsaspekter

Med tanke på de livsförändrande förändringarna som AI‑hjärnimplantat innebär för människor, ser vi en snabb utveckling av neuroteknik och AI‑hjärnchips. Det är dock inte utan risker.

Enkelt uttryckt är AI‑system benägna att göra fel och drabbas av funktionsfel, precis som annan teknik, vilket kan leda till potentiellt skadliga resultat. Byggda på komplexa algoritmer som bearbetar enorma mängder data är AI‑system också sårbara för hackning och manipulation. Dessutom kan de data de tränas på innehålla inneboende bias som leder till diskriminerande resultat.

Den ökade investeringen i AI‑baserade program som kan läsa människors tankar och lagra neurala data har UNESCO larmat om den framväxande neuroteknologin, som de menar hotar mänskliga rättigheter och kräver global reglering.

”Löftet … kan komma till en hög kostnad i termer av mänskliga rättigheter och grundläggande friheter, om det missbrukas. Neuroteknik kan påverka vår identitet, autonomi, integritet, känslor, beteenden och övergripande välbefinnande.”

– sade Gabriela Ramos, UNESCO:s biträdande generaldirektör för sociala och humanistiska vetenskaper.

Som ett resultat har FN:s vetenskapliga och kulturella organisation sagt att de kommer att börja utveckla ett ”universellt etiskt ramverk” för neuroteknik.

Medan Ramos är oroad över att teknologin förändrar ”essensen av vad det innebär att vara människa”, är andra som Mariagrazia Squicciarini, huvudförfattare till en UNESCO‑rapport om den snabba innovationstakten inom neuroteknik, oroade över AI‑tillägget, som enligt henne sätter ”neuroteknik på steroider”.

Det uppskattas att privata investeringar i neuroteknikföretag har ökat mer än 20‑faldigt under decenniet från 2010, och nådde 7,3 miljarder dollar 2020, medan patent relaterade till neuroteknik ökade med 266 % under samma period. Data visar att marknaden för neuroteknikenheter förväntas överstiga 24 miljarder dollar inom de kommande fyra åren.

Med avancerade AI‑modeller som kräver avkodning av hjärndata argumenterar förespråkare för reglering att mental integritet har blivit mer akut än någonsin. Som vi ser i Kina bär arbetare mössor som skannar deras känslomässiga tillstånd, vilket indikerar ett brett spektrum av tillämpningar för denna teknik. På liknande sätt utforskar militären i USA sådana teknologier för att förbättra mentala färdigheter, kontrollera objekt med tankar och göra soldater mer lämpliga för tjänst.

Etiska bekymmer har också lyfts kring BCI:s påverkan på samhället. Många fruktar att ge en oöverträffad åtkomst till människors hjärnor kan göra dystopiska möjligheter till verklighet.

Företag som arbetar inom AI‑hjärnimplantatområdet

Låt oss nu titta på några av de mest framstående företagen inom AI‑hjärnchip‑området:

1. Neuralink

Det miljardärsentreprenör Musk‑grundade företaget utvecklar trådlösa implantat som kan läsa hjärnvågor. Senast rapporterade Neuralink att de har samlat in ytterligare 43 miljoner dollar, lett av Peter Thiels Founders Fund.

I juni värderades företaget till cirka 5 miljarder dollar, med sin uppskattade årliga intäkt på 115,7 miljoner dollar per år. I november 2023 bad amerikanska lagstiftare SEC att undersöka Neuralink för att ha utelämnat detaljer om djurdödsfall i tester. När det gäller lanseringsdatumet för Neuralink‑hjärnchipet säger Musk att det fortfarande är flera år bort.

2. Synchron

Det New York‑baserade företaget Synchron syftar till att erbjuda implanterbar endovaskulär neuromodulationsterapi. Tidigare i år publicerade företaget resultaten av sin studie för att utvärdera effektiviteten och genomförbarheten av Synchron Switch hos patienter med svår förlamning.

Enheten introduceras i hjärnans blodkärl, varifrån den överför neurala signaler under en lång period utan några negativa effekter. Synchron stöds av Bezos och Gates och har enligt CB Insights samlat in totalt 135,7 miljoner dollar. Företaget har en uppskattad årlig intäkt på 37,3 miljoner dollar per år.

3. Blackrock Neurotech

Detta privatägda företag är känt för sina neuroteknologilösningar, inklusive BCI‑system. Förra året meddelade Blackrock Neurotech ett rekordstort mål på 30 000 dagar av BCI‑forskning på inlagda patienter, vilket enligt medgrundare och ordförande Florian Solzbacher betyder ”teknologin är redo att lämna laboratoriet och gå in i patienternas hem”.

Det säkrade 10 miljoner dollar i finansiering, och lockade högprofilerade investerare som Christian Angermayers re.Mind Capital, Peter Thiel, Tim Sievers och Sorenson Impacts University Venture Fund II år 2021.

4. BrainGate

Forskningskonsortiet BrainGate har skapat ett hjärnimplantat som innehåller en klunga av 100 spetsiga elektroder som kirurgiskt implanteras i hjärnan. Dess BCI‑system är utformat för att låta personer med förlamning styra robotiska lemmar eller datorer med sina tankar. BrainGates ultimata mål är att återställa rörlighet, kommunikation och självständighet för personer med tetraplegi.

5. Precision Neuroscience

I juni genomförde Precision Neuroscience, som grundades av en medgrundare till Neuralink, sin första kliniska studie för att kartlägga mänskliga hjärnsignaler. Deras flaggskepps‑BCI‑system är Layer 7 Cortical Interface, en elektrodematris som är tunnare än ett människohår.

Tidigare i år, företaget som syftar till att bygga minimalt invasiva BCI‑implantat med en kranial mikroslit‑teknik, samlade in 41 miljoner dollar, vilket förde deras totala finansiering till 53 miljoner dollar på mindre än två år.

6. Kernel

Grundat av Bryan Johnson, företagets icke‑invasiva BCI‑teknik heter ”Kernel Flow”, som övervakar hjärnaktivitet med tidsdomän-funktionell nära-infraröd spektroskopi (TD‑fNIRS).

Enligt företagets webbplats är Kernel Flow ett bärbart och multimodalt neuroavbildningsheadset som tar några minuter att installera. Headsetet kombinerar högupplöst optisk hemodynamisk avbildning med EEG‑mätningar för att leverera multimodala data för omfattande insikter.

7. Neurable

Detta företag tillhandahåller BCI‑system för både kliniska och spelapplikationer. Dess icke‑invasiva, EEG‑baserade BCI‑teknik syftar till att förbättra människa-datorinteraktionen i AR‑ och VR‑miljöer.

#8. Ctrl-labs

En utvecklare av icke‑invasiv neuralgränssnittsteknik, startupen blev förvärvad av Mark Zuckergbergs Meta (tidigare Facebook) i en affär uppskattad till 1 miljard dollar. År 2018 släppte företaget sitt elektrod‑prydda armband för BCI. Metas mål är att slutligen ge människor möjlighet att styra tangentbord och mer enbart med sina tankar.

Framtida utsikter och utmaningar

AI‑hjärnimplantat har framträtt som ett kraftfullt verktyg inom neurovetenskap med potential att förändra vår förståelse av hjärnan samt revolutionera behandlingar. Även om tekniken redan har stor framgång med att återställa förlorad funktionalitet, är dess implikationer mycket större.

Forskare finansierade av den amerikanska militären har utvecklat system för att fånga hjärnsignaler och autonomt aktivera neurala banor som behandling för psykiska sjukdomar. Försök med ”sluten krets”‑hjärnimplantat inleddes redan 2017 och upptäckte mönster relaterade till humörstörningar och sedan gav en elektrisk stimulans för att återföra hjärnan till ett hälsosamt tillstånd utan behov av läkare.

Förutom att återställa sensoriska funktioner hjälper hjärnchips med kontroll av proteslemmar och behandling av onormal hjärnaktivitet. Dessutom möjliggör neurofeedback i realtid att individer får större kontroll över sina mentala tillstånd och aktivt reglerar sina egna känslor och beteenden. Forskare har också börjat utforska möjligheten till hjärna‑till‑hjärna‑kommunikation för att möjliggöra direkt och sömlös informationsutbyte.

Ett annat sätt AI‑chips kan förändra landskapet är genom att förbättra kognitiva förmågor. Tekniken kan användas för att förstärka hjärnfunktionen även för personer utan terapeutiska behov. Genom att direkt gränssnitta och stimulera specifika hjärnområden kan dessa AI‑chips i hjärnan potentiellt förbättra fokus, minne och inlärningsförmåga.

Medan dessa chips erbjuder nya vägar för mänsklig förstärkning är det avgörande att ta itu med de etiska överväganden som rör tillgänglighet och integritet.

Enligt Pew Research Center‑undersökning 2022 sa 78 % av amerikanerna att de inte skulle vilja ha ett datorchip‑implantat, medan endast 20 % var intresserade. Detta har inte förändrats mycket sedan fem år sedan, då två‑tredjedelar av amerikanerna sade att de inte ville ha ett chip för en ”mycket förbättrad förmåga att koncentrera sig och bearbeta information” implanterat i hjärnan. Men om AI‑hjärnchip‑användning blir utbredd tror sex av tio amerikanska vuxna att de flesta skulle känna press att skaffa ett implantat, enligt den nya undersökningen.

När det gäller potentiella problem med datorchip‑implantat pekade 52 % på hackare som får tillgång till människors information, medan oönskade förändringar i hjärnan och chip‑fel var bland de framträdande problemen. Genom att erkänna dessa risker vill 83 % av amerikanerna att dessa implantat testas med en högre standard än den som används för medicintekniska produkter.

Detta visar behovet av att ha rätt balans för att låsa upp AI‑hjärnchip‑s extraordinära potential samtidigt som hälsa, säkerhet och grundläggande värderingar för individer och samhället som helhet skyddas.

Klicka här för listan över de tio bästa biotech‑aktierna.

Slutsats

Hjärn‑dator‑gränssnittsteknik, assisterad av språk‑inlärnings‑AI, hjälper till att bearbeta hjärndata i förbluffande hastigheter, vilket gör det möjligt för funktionshindrade att äntligen kunna tala och röra sig. Även tankläsande implantat närmar sig nu verkligheten.

Även om tekniken har enorm potential, innebär de etiska, integritets‑ och säkerhetsriskerna med AI‑chips i människor ett behov av noggrann övervägning. Företag måste tillämpa rigorösa tester, erbjuda fullständig transparens och utföra kontinuerlig övervakning samtidigt som de följer etiska riktlinjer för att utnyttja teknikens verkliga potential.

Sammanfattningsvis är de potentiella tillämpningarna av AI‑drivna hjärnchips enorma, och deras implikationer är djupgående.

Klicka här för att lära dig allt om att investera i artificiell intelligens.