Neuralink Ilona Maske. Teil drei: der Flug über das Nest von Neuronen

Exzentrisch im besten Sinne des Wortes der Unternehmer, Playboy, Philanthrop danach hat ilon Musk auf der ganzen Welt bekannt. Er ist es, der beschlossen hat, die Menschheit in den Weltraum, den mars zu besiedeln, zu verzichten Einweg-Raketen. Er beschloss, die Welt sauberer machen, Pfropfen wir mit Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren auf der selbst Autos. Während entfalten diese Unternehmen, er sitzt nicht untätig. Er wollte Neuralink, die uns helfen, neue Menschen werden. Ohne Grenzen und ohne Schwächen, wie es in der neuen Welt (Ilona Maske). Dokumentieren verrückte Ideen die Maske, wie immer, bot sich Tim Urban mit WaitButWhy (er schrieb über künstliche Intelligenz, die Besiedlung des mars und SpaceX). Präsentieren eines der besten Werke der modernen wissenschaftlich-populären Journalismus. Weiter in der ersten Person.

Flug über das Nest neuronalen

Lassen Sie uns für eine Sekunde gehen zurück in die Zeit, in der 50 000 v. Chr., stehlen jemand und bringen ihn in 2017.

Dies ist Seite. Die Seite, danke dir und deinen Leuten für das, was Sie erfanden die Sprache.

Um dir zu danken, wollen wir zeigen dir unglaubliche Dinger, die bauen wir es geschafft Dank deiner Erfindung.

Okay, lassen Sie uns bringen Boca auf das Flugzeug, dann in ein U-Boot, dann kriegen auf die Spitze des Burj Khalifa. Jetzt zeigen wir ihm ein Teleskop, TV und iPhone. Und lassen Sie ein wenig sitzen im Internet.

Hat Spaß gemacht. Wie dir die Seite?

Ja, wir haben verstanden, dass Sie sich sehr überrascht. Zum nachtisch, zeigen wir ihm, wie wir miteinander kommunizieren.

Die Seite wäre schockiert, wenn er wüsste, dass trotz aller magischen Fähigkeiten, die Menschen haben in der Folge der Dialoge untereinander, aufgrund der Fähigkeit zu sprechen, den Prozess unserer Kommunikation unterscheidet sich überhaupt nicht von dem, was war in seiner Zeit. Wenn zwei Menschen zusammenkommen zu sprechen, Sie verwendet die Technologie dem Alter von 50 000 Jahren.

Die Seite auch überrascht die Tatsache, dass in einer Welt, in der sich die erstaunlichen Maschinen, die Menschen, die diese Maschinen, durchstreifen mit den gleichen biologischen Körpern, mit denen die Seite und gingen seine Freunde. Wie ist das möglich?

Deshalb нейрокомпьютерные Schnittstellen (CQM) — Teilmenge der weiteren Umgebung Neural Engineering, die selbst eine Teilmenge der Biotechnologie, — so interessant. Wir haben wiederholt erobert die Welt mit Ihren Technologien, aber wenn es um Gehirn — unserem wichtigsten Werkzeug — Welt der Technik gibt nichts, was wir nicht sind.

Deshalb setzen wir kommunizieren mit Hilfe von Technologien, erfunden Seitwärts. Also ich nehm mir dieses Angebot 20 mal langsamer als ich denke, und deshalb Krankheiten im Zusammenhang mit dem Gehirn, noch immer tragen viel zu viele Leben.

Aber durch 50 000 Jahre nach der großen Entdeckung die Welt verändern kann. Den im Ausland Gehirn wird er selbst.

* * *

Es Gibt viele verschiedene Varianten von möglichen нейрокомпьютерных Schnittstellen (die manchmal auch als Schnittstelle «Gehirn — Computer» oder «Gehirn — die Maschine»), die sich als nützlich für verschiedene Dinge. Aber alle, die daran arbeiten, CQM, versuchen eine, das zweite oder beide Fragen:

1. Wie werde ich extrahieren die gewünschten Informationen aus dem Gehirn?
2. Wie werde ich senden die gewünschten Informationen ins Gehirn?

Die Erste betrifft die Ausgabe des Gehirns — das heißt, schreib, was man von Neuronen. Das zweite betrifft die Integration der Informationen in den natürlichen Fluss des Gehirns oder die Veränderung dieses natürlichen Thread in irgendeiner Weise — das heißt, Anregung von Neuronen.

Zwei dieser Prozess ständig in Ihrem Kopf verlaufen. Jetzt Ihre Augen erfüllen einen bestimmten Satz von horizontalen Bewegungen, die es Ihnen ermöglichen, Lesen Sie das Angebot. Diese Neuronen leiten Informationen in die Maschine (Ihre Augen), und die Maschine erhält den Befehl und reagiert. Und wenn Sie Ihre Augen bewegen sich in einer bestimmten Weise, die Photonen mit Schirm dringen in Ihre Netzhaut und stimulieren die Neuronen in die okzipitalen Anteile des Kortex, so dass das Bild der Welt gelangen Sie ins Bewusstsein. Dann dieses Bild regt die Neuronen in einem anderen Teil Ihres Gehirns, das Ihnen erlaubt, Informationen zu verarbeiten, wie er im Bild, extrahieren und die Bedeutung der Angebote.

Eingabe und Ausgabe von Informationen — das ist, was machen die Neuronen des Gehirns. Die ganze Industrie CQM will sich an diesem Prozess.

Zunächst scheint es, dass dies nicht so eine schwierige Aufgabe. Denn das Gehirn ist bloß eine Birne Brawn. Und Kortex — der Teil des Gehirns, die wir wollen anknüpfen an unseren Aufnahmen und Anregung — es ist einfach die Serviette liegt auf dem äußeren Teil des Gehirns, wo es einfach zugegriffen werden kann. Im inneren Kortex arbeiten 20 Milliarden Neuronen — 20 Milliarden winziger transistoren, die uns eine völlig neue Art der Kontrolle unseres Lebens, der Gesundheit und dem Frieden, wenn wir lernen, mit Ihnen zu arbeiten. Wirklich so schwer zu verstehen? Neuronen sind klein, aber wir wissen ja, wie das Atom gespalten. Durchmesser des Neurons in 100 000 mal größer als ein Atom. Wenn das Atom war Lutscher Neuron wäre Kilometer im Durchmesser — so dass wir genau sollten mit solchen Werten. Richtig?

Was ist das Problem?

Einerseits ist es die richtigen Gedanken, denn Sie führen zu Innovationen im Bereich. Wir können es wirklich machen. Aber sobald Sie anfangen zu verstehen, was tatsächlich im Gehirn Auftritt, wird sofort offensichtlich: es ist die schwierigste Aufgabe für den Menschen.

Also, bevor wir uns über die CQM, müssen wir sorgfältig untersuchen, was Menschen tun, die einen NCI. Die beste Lösung — erhöhen das Gehirn in 1000 und mal sehen, was passiert.

Denken Sie Daran, unsere Vergleich der Kortex des Gehirns mit Serviette?

Wenn wir erhöhen die Serviette Rinde 1000 mal — und es waretwa 48 Zentimeter auf jeder Seite — jetzt wird es lang in zwei Blocks auf Manhattan. Es dauert etwa 25 Minuten, um um den Umfang. Und das Gehirn in der Regel so groß wie der Madison Square Garden.

Wir veröffentlichen ihn in der Stadt. Sicher, mehrere hundert tausend Menschen, die dort Leben, werden uns verstehen.

Ich wählte das 1000-fache Vergrößerung aus mehreren Gründen. Einer von Ihnen besteht darin, dass wir alles sofort können zu konvertieren Maße in Ihrem Kopf. Jeder Millimeter der tatsächlichen Gehirn wurde ein Messinstrument. In der Welt von Neuronen, die viel kleiner, jeder Mikrometer wurde ein mm, das leicht vorstellen. Zweitens, die Rinde wird zu einem «menschlichen» Größen: 2-mm-Stärke ist jetzt 2 Meter hoch — wie ein großer Mensch.

So, wir nähern 29. Straße, an den Rand unserer riesigen Tücher, und einfach sehen, was passiert in Ihrem zwei-Meter-Dicke. Für die Präsentation lassen Sie uns hier rausbringen unserer riesigen Kubikmeter Rinde, um es zu erkunden, sehen, was passiert in der üblichen kubischen Millimeter dieser Rinde.

Was sehen wir in diesem кубометре? Mischmasch. Wir reinigen Sie und setzen Sie zurück.

Zuerst setzen Soma — kleine Körper alle Neuronen, die in diesem Cube Leben.

Soma variieren in der Größe, aber die Neurowissenschaftler, mit denen ich gesprochen habe, sagen, dass Soma der Nervenzellen in der Großhirnrinde meistens 10-15 µm im Durchmesser (ein Mikrometer = Mikrometer, 1/1000 Millimeter). Das heißt, wenn Sie das Layout 7-10 in solchen Linie, diese Linie wird mit einem Durchmesser von Haar eines Menschen. In unseren Maßstab Welse 1-1,5 Zentimeter im Durchmesser. Lutscher.

Volumen passt in der ganzen Rinde 500 000 Cubic Millimeter, und in diesem Raum wird rund 20 Milliarden Som. Das ist die Durchschnittliche kubikmm Erdkruste enthält etwa 40 000 Neuronen. Das heißt in unserem кубометре etwa 40 000 Lutscher. Wenn man unsere Box auf 40 000 Würfel, jeder mit dem Gesicht in 3 Zentimeter, jedes unserer Soma-Lutscher wird in der Mitte seines eigenen 3-cm-Würfel-und alle anderen Welse — in 3 Zentimeter in alle Richtungen.

Bist Du noch hier? Können Sie sich vorstellen unsere Meter-Würfel mit 40 000 Floater Lutscher?

Hier ist ein mikroskopisches Bild von Soma im realen Kortex; alles andere um ihn herum entfernt wurde:

Okay, noch sieht alles nicht so schwer. Aber Soma ist nur ein winziger Teil jedes Neurons. Jeder unserer Lutscher erstrecken sich wellige, verzweigte Dendriten, die in unseren Skalen Strecken kann auf drei-vier Meter in verschiedene Richtungen, und am Ende der Axon kann eine Länge von 100 Metern an (wenn geht in einen anderen Teil des Kortex) oder Kilometer (wenn geht bis in das Rückenmark und Körper). Jeder von Ihnen Dicke in Millimeter, und diese Drähte verwandeln die Rinde in dicht verschlungenen elektrische Fadennudeln.

Und in diesem Fadennudeln passiert eine Menge. Jedes Neuron hat eine synaptische Verbindung mit der 1000 — manchmal bis zu 10 000 anderen Neuronen. Da in der Rinde etwa 20 Milliarden Neuronen, bedeutet dies, dass es mehr als 20 Billionen einzelnen neuronalen verbindungen (und Billiarden von verbindungen im ganzen Gehirn). In unserem кубометре wird mehr als 20 Millionen Synapsen.

Mit all diesen, nicht nur aus jeder Lutscher aus 40 000 in unserem Kuba stammen Dickicht der Fadennudeln, sondern auch Tausende von anderen Spaghetti durch unsere Würfel aus anderen teilen der Erdkruste. Und das bedeutet, wenn wir versucht hätten aufnehmen Signale oder stimulieren die Nervenzellen speziell in diesem kubischen Bereich, wir mussten immer sehr schwer, weil im Mischmasch Spaghetti wird es schwierig zu bestimmen, welche Fäden Spaghetti gehören zu unseren Soma-Süßigkeiten (und Gott bewahre in dieser Paste werden die Zellen der purkinje-Fasern).

Und natürlich, nicht zu vergessen, die neuroplastizität. Die Spannung eines jeden Neurons ständig ändert, Hunderte Male pro Sekunde. Und Dutzende von Millionen von synaptischen verbindungen in unserem Kuba wird immer die Größe, zu verblassen und erscheinen wieder.

Aber das ist nur der Anfang.

Es stellt sich heraus, auch im Gehirn existieren Gliazellen — Zellen, die sind von verschiedenen Arten und erfüllen viele verschiedene Funktionen, wie z.B. Auswaschung von Chemikalien, von entlassenen in den Synapsen, Axone wickeln Myelin und Wartung des Immunsystems des Gehirns. Hier sind einige der häufigsten Arten von Gliazellen:

Und wieviele Gliazellen in der Rinde der? Etwa so viel wie Neuronen. Deshalb fügen Sie in unsere Würfel noch 40 000 diesen Sachen.

Endlich gibt es die Blutgefäße. In jedem Kubikzentimeter Millimeter Rinde enthält etwa einen Meter kleinen Blutgefäßen. In unseren Maßstäben dies bedeutet, dass in unserem кубометре einen Kilometer Blutgefäße. So sehen Sie aus:

Exkurs zum Thema коннектомы

Es Gibt ein schönes Projekt, an dem Sie jetzt arbeiten Neurowissenschaftler, er nennt das Projekt коннектома Menschen (Human Connectome Project). Wissenschaftler versuchen, eine vollständige detaillierte Karte des ganzen menschlichen Gehirns. Zuvor niemand in der Nähe machte keine solche.

Das Projekt umfasst das schneiden des menschlichen Gehirns auf tonyusenkie Platten — ungefähr 30 Nm dick ist. Es 1/33 000 Millimeter.

Neben den wunderschönen Bildern «Band» die Formationen Axone mit ähnlichen Funktionen, die oft bilden sich innerhalb der weißen Substanz, wie, dass —

— Projekt коннектома hilft zu visualisieren, wie alle diese Substanz verpackt im Gehirn. Hier ist eine detaillierte Analyse von allem, was geschieht in einem winzigen Stück des Gehirns der Maus (und das noch ohne Blutgefäße):

(Auf dem Bild der E — Full Cut des Gehirns, und F – N — die einzelnen Komponenten, aus denen sich E).

Also, unser Meter-Kasten verstopft, zugeschüttet elektrifiziert Füllung mit unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden. Lassen Sie uns nun erinnern wir uns,was ist eigentlich unser Karton — Cubic Millimeter in der Größe.

Ingenieure нейрокомпьютерных Schnittstellen müssen Sie herausfinden, was sagen die mikroskopische Wels, begraben in diesem Millimeter, anregen oder bestimmte Welse, durchführten, um die richtigen Dinge. Viel Glück für Sie.

Es würde Uns schwer tun, dies ist mit unserem erhöhten 1000 mal das Gehirn. Mit einem Gehirn, das vollkommen verwandelt sich in eine Serviette. Aber in der Tat, es ist nicht so — diese Serviette liegt auf der Oberseite des Gehirns, voller Falten (die, in unseren Maßstäben, eine Tiefe von 5 bis 30 Meter). In der Tat, weniger als ein Drittel der Servietten-Kortex befindet sich auf der Oberfläche des Gehirns — der größte Teil liegt in den Falten.

Darüber hinaus, Material, mit denen es gelingt, die Arbeit im Labor nicht so viel. Das Gehirn ist bedeckt mit einer Vielzahl von Hintergründen, einschließlich Schädel — der bei 1000-facher Vergrößerung wird 7-Meter dick. Und da die meisten Menschen nicht wirklich liebt, als Ihre Schädel zu lange offen — das wäre ja eine zweifelhafte Veranstaltung — wir arbeiten mit kleinen Süßigkeiten Gehirn so genau wie möglich zügig und einfühlsam.

Und all dies trotz der Tatsache, dass Sie arbeiten mit Rinde — sondern sehr viele interessante Ideen zum Thema CQM beschäftigen sich mit den Strukturen, die viel niedriger ist, und wenn Sie stehen an der Spitze unseres städtischen Gehirns, Sie werden überfahren in einer Tiefe von 50-100 Metern.

Stell dir vor, wie viel Los in unserer Würfel — und doch ist es nur eine 500 000-ich bin ein Teil der Großhirnrinde. Wenn wir schlugen alle unsere gigantischen Rinde auf dem gleichen Meter-Würfel gebaut und Sie in einer Reihe, würde Sie erstrecken sich auf 500 Kilometer zurück — bis zum Boston. Und wenn Sie sich entscheiden, einen Umweg, der dauert über 100 Stunden beim schnellen gehen, Sie können jederzeit zu stoppen und schauen auf den Würfel, und diese ganze Komplexität wird in ihm vorgeht. All dies ist jetzt in Ihrem Gehirn.

Neuralink Ilona Maske. Teil 3: wie Sie glücklich sein sollen, wenn all dies Sie don ' T Care

Ващеееее.

Zurück zu Teil 3: einer flog über das Nest von Neuronen

Wie Wissenschaftler und Ingenieure werden mit dieser Situation umzugehen?

Sie versuchen, das beste aus Tools, die Sie jetzt haben — Werkzeuge, die Sie für die Aufnahme oder die Stimulierung von Neuronen. Wir untersuchen Varianten.

Tools-CQM

Mit dem, was bereits geschehen ist, gibt es drei weiten Kriterien, nach denen beurteilt vor-und Nachteile der Aufnahme-Werkzeug:

1) Maßstab — wie viele Neurone aufgezeichnet werden kann.

2) Auflösung — wie detailliert welche Informationen erhält der Werkzeug — räumliche (wie nah Ihre Aufzeichnungen berichten, welche aus einzelnen Neuronen aktiviert werden) und temporäre (wie gut können Sie bestimmen, wenn es Ihnen bei der geschriebenen Aktivität).

3) Invasivität — ob eine Operation, und wenn ja, wie teuer.

Das Langfristige Ziel — sammeln Sie die Sahne mit allen drei und Essen. Aber bisher stellt sich unweigerlich die Frage, welche dieser Kriterien (ein oder zwei) können vernachlässigt werden? Die Auswahl eines Werkzeugs ist nicht die Erhöhung oder die Senkung der Qualität, ist ein Kompromiss.

Mal sehen, welche Tools derzeit im Einsatz sind:

fMRI

• Maßstab: große (zeigt Informationen aus der ganzen Gehirns)
• Berechtigung: vom niedrigen zum mittleren — räumliches, sehr niedrig — vorübergehend
• Invasivität: nicht-invasive

FMRI häufiger verwendet, nicht-CQM, und wie ein klassisches schreibwerkzeug — gibt Ihnen Informationen über die Ereignisse innerhalb des Gehirns.

FMRI verwendet MRI — Technologie der Magnetresonanztomographie. Erfunden in den 1970er Jahren, MRT wurde die Entwicklung der Röntgen-CT-scan. Anstelle von Röntgenstrahlen, MRI verwendet Magnetfelder (zusammen mit Funkwellen und andere Signale) für die Erstellung von Bildern des Körpers und des Gehirns. Wie diese:

Eine Reihe von querschnittsansichten, so dass Sie den Kopf vollständig.

Eine Sehr ungewöhnliche Technologie.

FMRI («functional» - MRT) MRT-Technologie nutzt für das Tracking von änderungen des Blutflusses. Warum? Denn wenn Bereiche des Gehirns werden aktiver, Sie verbrauchen mehr Energie, das heißt, Sie brauchen mehr Sauerstoff — also die Durchblutung steigt in diesem Bereich, den Sauerstoff zu liefern. Hier zeigen fMRI-scan:

Natürlich, im Gehirn gibt es immer Blut ist ein Bild, das zeigt, wo erhöhte Durchblutung (rot, orange, gelb) und wo er zurückgegangen ist (blau). Und da die fMRI-Scans des gesamten Gehirns, die Ergebnisse werden dreidimensional:

Ein fMRI viele medizinische Anwendungen, Z. B. Unterrichtung der ärzte über das, funktionieren, ob bestimmte Bereiche des Gehirns nach einem Schlaganfall, fMRI sehr viel gelernt Neurowissenschaftler darüber, welche Bereiche des Gehirns beteiligt sind, können Sie diese Funktionen. Scannen bietet auch wichtige Informationen darüber, was im Gehirn passiert zu einem bestimmten Zeitpunkt, es ist sicher und nicht-invasiv.

Ein Großer Nachteil ist die Auflösung. fMRI-scan hat die wörtliche Auflösung, wie Computer-Bildschirm Pixel, nur anstelle von zweidimensionalen, seine Auflösung präsentiert den dreidimensionalen kubischen Volumen Pixel — вокселями (voxel, Voxel).

Воксели fMRI wurden weniger mit der Verbesserung der Technologie, was zu einer Erhöhung der räumlichen Auflösung. Воксели modernen fMRI können eine Größe mit kubikmm. Das Volumen des Gehirns in der Größenordnung von 1 200 000 mm³, so fMRI-scan mit hoher Auflösung teilt das Gehirn auf eine Million kleine Würfel.Das Problem ist, dass in neuronalen Maßstab ist immer noch ziemlich viel — jedes Voxel enth Zehntausende von Neuronen. Also, im besten Fall, fMRI zeigt die Durchschnittliche Blutfluss, втягиваемый jeder Gruppe von 40 000 Neurone oder so.

Noch ein großes Problem — zeitliche Auflösung. fMRI verfolgt die Blutbahn, das ist ungenau und kommt mit einer Verzögerung von etwa einer Sekunde — eine Ewigkeit in der Welt der Neuronen.

EEG

• Umfang: hoch
• Berechtigung: sehr geringe räumlich, Mittel-hoher zeitlicher
• Invasivität: nicht-invasive

Erfunden vor fast hundert Jahren EEG (Elektroenzephalographie) stellt mehrere Elektroden auf den Kopf. Hier ist es:

EEG — es ist definitiv eine Technologie, die Aussehen lustig für primitive Menschen des Jahres 2050, aber im Moment ist es eines der wenigen Werkzeuge, die Sie verwenden können, mit absolut nicht-invasive CQM. EEG zeichnet die elektrische Aktivität in den verschiedenen gehirnbereichen, Anzeige der Ergebnisse wie folgt:

Grafiken EEG identifizieren können Informationen über solche medizinischen Problemen, wie Epilepsie, verfolgen den Energiesparmodus oder die Bestimmung des Dosis der Anästhesie.

Im Gegensatz zu fMRI, EEG hat eine ziemlich gute zeitliche Auflösung, indem Sie elektrische Signale vom Gehirn, sobald diese verfügbar sind — obwohl der Schädel deutlich verwischt zeitliche Genauigkeit (Knochen — schlechte Leiter).

Der größte Nachteil — die räumliche Auflösung. Beim EEG ist es nicht. Jede Elektrode erfasst nur den Mittelwert — Vektor-Summe der Ladungen von Millionen oder Milliarden Neuronen (verschwommen wegen des Schädels).

Stellen Sie sich vor, dass das Gehirn ist ein Baseball-Stadion, seine Neuronen sind Menschen in der Menge, und die Informationen, die wir bekommen wollen, werden anstelle der elektrischen Aktivität der abgeleiteten Stimmbänder. In diesem Fall wird das EEG wird von einer Gruppe von Mikrofonen außerhalb des Stadions, für seine Außenwände. Sie werden in der Lage zu hören, wenn die Menge anfängt zu singen und sogar in der Lage, vorherzusagen, was es etwa schreit. Sie werden in der Lage zu zerlegen unverwechselbar Signale, wenn es ein enger Kampf oder jemand wird gewinnen. Vielleicht werden Sie auch zu zerlegen, wenn es passiert etwas ungewöhnliches. Das ist alles.

ЭКоГ

• Umfang: hoch
• Berechtigung: geringe räumliche, hoher zeitlicher
• Invasivität: vorhanden

ЭКоГ (электрокортикография) ähnlich dem EEG, da nutzt auch die Elektroden auf der Oberfläche — nur legt Sie unter dem Schädel auf die Oberfläche des Gehirns.

Dumm. Aber effektiv — viel effektiver EEG. Ohne die Interferenz, die Schädel gibt, ЭКоГ umfasst eine höhere räumliche (etwa 1 cm) und zeitliche Auflösung (5 Millisekunden). Die Elektroden ЭКоГ Platz oberhalb oder unterhalb der Dura Mater:

auf der Linken Seite die Schichten, von oben nach unten: scalp, Schädel, Dura Mater, арахноид, die Pia Mater, Rinde, weiße Substanz. Rechts Quelle: EEG, ЭКоГ, интрапаренхимальный (LFP usw.)

Zurück zur Analogie mit unserem Stadion, Mikrofone ЭКоГ befinden sich innerhalb des Stadions und näher an die Menge. Deshalb wird der Ton viel sauberer, als bei den Mikrofonen EEG außerhalb des Stadions, und ЭКоГ in der Lage, Töne zu einzelnen Segmenten der Menge. Aber diese Verbesserung kostet Geld — invasive Chirurgie erfordert. Aber nach den Maßstäben invasive Chirurgie, ist der Eingriff nicht so schlecht. Wie sagte mir ein Chirurg, «legen Sie die Füllung unter der harten Hirn-Hülle kann relativ nicht-invasiv. Haben ein Loch im Kopf, aber es ist nicht so schlimm».

das Potenzial des lokalen Feldes (LFP)

• Umfang kleine
• Berechtigung: Mittel-niedrige räumliche, hoher zeitlicher
• Invasivität: hoch

Lassen Sie uns mit oberflächlichen electrode Discs zu микроэлектродам — winzig иголочкам, die Chirurgen stecken in das Gehirn.

Hirn-Chirurg Ben Rapoport beschrieb mir, wie sein Vater (Neurobiologe) machte mikroelektroden:

«Wenn mein Vater machte Elektroden, er habe Sie manuell. Er nahm einen sehr dünnen Draht — Gold -, Platin-oder иридиевую, die 10-30 µm im Durchmesser und stellte diese den Draht in eine Glas-Kapillare mit einem Durchmesser in Millimeter. Dann hielt diesen genauso einen Objektträger über das Feuer und drehte sich, bis das Glas weich ist. Er dehnte die Kapillare, bis es sehr Dünn ist, und aus dem Feuer zog. Jetzt Kapillarrohr und wickelt Draht komprimiert. Glas — Isolierung, Draht — Leiter. Das Ergebnis ist im Glas isoliert die Elektrode mit einem Durchmesser von in der Spitze 10 Mikron».

Obwohl heute einige Elektroden immer noch von Hand gefertigt, neue Technologie verwendet Silizium-Substrat und Fertigungstechnik, entlehnt aus der Industrie schaltungen.

Die Funktionsweise der lokalen Feld-Potentialen ist einfach — Sie nehmen nicht einfach nur eine solche Nadel mit электродным Spitze und legen Sie Sie auf ein bis zwei Millimeter in die Rinde. Dort sammelt Sie den Mittelwert der elektrischen Ladungen von allen Neuronen in einem gewissen Radius der Elektrode.

LFP bietet Ihnen eine nicht so schlechte räumliche Auflösung der fMRI in Kombination mit sofortiger zeitlicher Auflösung ЭКоГ. Nach den Maßstäben der Auflösung ist wahrscheinlich die beste Option von allen oben genannten.

Leider, es ist schrecklich nach anderen Kriterien.

Im Gegensatz zu fMRI, EEG und ЭКоГ, mikroelektrode LFP hat keine Skala — er informiert Sie nur, was macht die kleine Kugel, die ihn umgibt. Und er ist viel mehrinvasive, denn tatsächlich ist im Gehirn.

Am Baseballstadion LFP ist ein Mikrofon baumelt über einem Abschnitt mit den sitzen, abnehmend knackigen Sound in diesem Bereich und vielleicht für eine Sekunde-eine andere выхватывающий separate Stimme hier und da — aber zum größten Teil er empfindet die gesamte Schwingung.

Und eine ganz neue Entwicklung ist многоэлектродный array, das ist im Grunde die Idee der LFP, besteht nur aus 100 LFP gleichzeitig. Многоэлектродный array sieht so aus:

Kleine Quadrat 4 auf 4 mm mit 100 Silizium-Elektroden auf Sie. Hier ist ein weiteres, hier können Sie sehen, wie die scharfen Elektroden zu mehreren Mikrometern an der Spitze:

die Registrierung der einzelnen Einheiten

• Umfang: kleine
• Auflösung: Superfein
• Invasivität: sehr hoch

Für die Aufnahme des breiteren LFP die Spitze der Elektrode ist ein wenig скругляется zu geben Elektrode eine große Oberfläche und reduziert den Widerstand (falscher Fachbegriff), um улавливались sehr schwache Signale aus einer breiten Palette von Orten. Infolgedessen Elektrode sammelt Chor Aktivität mit lokalen Feldes.

Die Registrierung der einzelnen Einheiten ist auch eine nadelelektrode verwendet, aber Ihre Spitzen machen einen sehr scharfen und Widerstand auch erhöhen. Durch diese wird der Großteil des Lärms und der Elektrode praktisch nichts fängt, bis es sehr nah an einem Neuron (irgendwo bei 50 µm), und das Signal dieses Neurons wird stark genug, um die Wand zu überwinden Elektroden mit hoher Impedanz. Indem die einzelnen Signale von einem Neuron und ohne Nebengeräusche, diese Elektrode kann beobachten das Privatleben dieses Neurons. Die kleinstmögliche Maßstab, eine möglichst hohe Auflösung.

Einige Elektroden wollen die Beziehungen auf die nächste Ebene und verwenden die Methode der lokalen Fixierung des Potentials (patch-clamp), die es zu entfernen und lassen Sie die Spitze der Elektrode nur einen kleinen Schlauch, Glas-Pipette, die direkt saugen die Zellmembran des Neurons und führen die feineren Messungen.

Patch-clamp und hat den Vorteil: im Gegensatz zu allen anderen Methoden, es körperlich berührt zu Neuron vereinfachen und kann nicht nur aufzeichnen, sondern auch stimulieren das Neuron, indem der Strom oder die Aufrechterhaltung der Spannung auf einer bestimmten Ebene für bestimmte Tests (andere Methoden stimulieren können nur ganze Gruppen von Neuronen vollständig).

Endlich, die Elektroden vollständig zu erobern Neuron und tatsächlich dringen durch die Membran, um die Datenaufnahme. Wenn die Spitze scharf genug, es nicht zerstören die Zelle — Membran als würde die Kundenzufriedenheit rund um die Elektrode, und wird sehr leicht zu stimulieren das Neuron oder schreiben Sie eine Spannungsdifferenz zwischen der äußeren und der inneren Umgebung des Neurons. Aber das ist ein kurzfristiger Technik — punktiert Neuron wird nicht lange Leben.

In unserem Stadion, die Registrierung der einzelnen Einheiten sieht wie ein Richtmikrofon, fixiert am Kragen einen dicken. Lokale Fixierung des Potentials ist das Mikrofon bei jemandem im Hals, der die präzise Bewegung der Stimmbänder. Es ist ein schöner Weg, um zu lernen von den Erlebnissen des Menschen über das Spiel, aber Sie werden aus dem Zusammenhang gerissen, und nach ihm kann nicht beurteilen, was geschieht im Spiel oder über die Person selbst.

Das Ist alles, was wir haben. Zumindest dass wir ziemlich oft. Diese Werkzeuge sind sehr weit Fortgeschritten und gleichzeitig scheinen Technologien der Steinzeit die Menschen der Zukunft, die nicht glauben, dass wir wählen mussten eine der Technologien, den Schädel öffnen, um die Qualität der Aufnahmen über die Arbeit des Gehirns.

Aber bei aller Beschränktheit, diese Instrumente lehrten uns viel über das Gehirn und führte zur Gründung der ersten neugierigen нейрокомпьютерных Schnittstellen. Mehr darüber Lesen Sie im nächsten Teil.

Fortsetzung folgt.