DARPA: financement d'interfaces portables cerveau-machine

DARPA a octroyé des fonds à six organisations pour soutenir la neurotechnologie non chirurgicale de nouvelle génération (N³) programme, annoncé pour la première fois en mars 2018. Le Battelle Memorial Institute, l'Université Carnegie Mellon, le Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins, le Centre de recherche Palo Alto (PARC), l'Université Rice et Teledyne Scientific dirigent des équipes multidisciplinaires chargées de développer des interfaces cerveau-machine bidirectionnelles à haute résolution destinées aux personnes handicapées membres de service. Ces interfaces portables pourraient en fin de compte permettre diverses applications de sécurité nationale telles que le contrôle de systèmes de cyberdéfense actifs et d’essaims de véhicules aériens sans pilote, ou encore l’association de systèmes informatiques pour effectuer plusieurs tâches en même temps.

«La DARPA se prépare pour un avenir dans lequel une combinaison de systèmes sans pilote, d'intelligence artificielle et de cyber opérations peut entraîner des conflits qui se déroulent sur des délais trop courts pour être gérés de manière efficace par la technologie actuelle», a déclaré Al Emondi, le N³ gestionnaire de programme. "En créant une interface cerveau-machine plus accessible qui ne nécessite aucune intervention chirurgicale, la DARPA pourrait fournir des outils permettant aux commandants de mission de rester réellement impliqués dans des opérations dynamiques se déroulant à une vitesse rapide."

Au cours des dernières années 18, la DARPA a mis en évidence des neurotechnologies de plus en plus sophistiquées qui reposent sur des électrodes implantées chirurgicalement pour assurer l'interface avec le système nerveux central ou périphérique. L’agence a démontré des réalisations telles que: contrôle neural des membres prothétiques et restauration du sens du toucher aux utilisateurs de ces membres, soulagement de maladies neuropsychiatriques par ailleurs insolubles comme la dépression, et amélioration de la formation de la mémoire et rappel. En raison des risques inhérents à la chirurgie, ces technologies ont jusqu'à présent été limitées à l'utilisation par des volontaires ayant des besoins cliniques.

Pour que la neurotechnologie profite essentiellement à la population des personnes physiquement aptes, elle doit disposer d'interfaces non chirurgicales. Pourtant, en fait, une technologie similaire pourrait aussi grandement profiter aux populations cliniques. En éliminant le besoin de recourir à la chirurgie, les systèmes N3 cherchent à élargir le nombre de patients pouvant accéder à des traitements tels que la stimulation cérébrale profonde pour gérer des maladies neurologiques.

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Puis³ Les équipes poursuivent diverses approches faisant appel à l'optique, à l'acoustique et à l'électromagnétique pour enregistrer l'activité neuronale et / ou renvoyer des signaux au cerveau à une vitesse et une résolution élevées. La recherche est partagée entre deux pistes. Les équipes recherchent des interfaces totalement non invasives entièrement externes au corps ou des systèmes d’interface extrêmement invasifs comprenant des nanotransducteurs pouvant être administrés temporairement et non chirurgicalement au cerveau afin d’améliorer la résolution du signal.

• L’équipe Battelle, dirigée par le Dr Gaurav Sharma, chercheur principal, a pour objectif de développer un système d’interface extrêmement invasif qui associe un émetteur-récepteur externe à des nanotransducteurs électromagnétiques délivrés de manière non chirurgicale aux neurones d’intérêt. Les nanotransducteurs convertiraient les signaux électriques des neurones en signaux magnétiques pouvant être enregistrés et traités par l'émetteur-récepteur externe, et inversement, pour permettre une communication bidirectionnelle.
• L’équipe de l’Université Carnegie Mellon, dirigée par l’investigateur principal, le Dr Pulkit Grover, souhaite mettre au point un dispositif totalement non invasif utilisant une approche acousto-optique pour enregistrer à partir du cerveau et des champs électriques perturbateurs pour écrire dans des neurones spécifiques. L’équipe utilisera des ultrasons pour guider la lumière dans et hors du cerveau afin de détecter l’activité neurale. L’approche de l’équipe en écriture exploite la réponse non linéaire des neurones aux champs électriques pour permettre une stimulation localisée de types de cellules spécifiques.
• L’équipe du Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins, dirigée par le chercheur principal, le Dr David Blodgett, vise à développer un système optique cohérent et totalement non invasif pour l’enregistrement à partir du cerveau. Le système mesurera directement les changements de longueur de chemin optique dans le tissu neural qui sont en corrélation avec l'activité neurale.
• L’équipe du PARC, dirigée par le Dr Krishnan Thyagarajan, chercheur principal, a pour objectif de mettre au point un dispositif acousto-magnétique totalement non invasif pour l’écriture dans le cerveau. Leur approche associe les ultrasons aux champs magnétiques pour générer des courants électriques localisés pour la neuromodulation. L’approche hybride offre le potentiel d’une neuromodulation localisée plus profonde dans le cerveau.
• L’équipe de l’Université Rice, dirigée par le Dr Jacob Robinson, chercheur principal, a pour objectif de mettre au point un système bidirectionnel extrêmement invasif permettant d’enregistrer et d’écrire dans le cerveau. Pour la fonction d'enregistrement, l'interface utilisera la tomographie optique diffuse pour déduire l'activité neurale en mesurant la diffusion de la lumière dans le tissu neural. Pour activer la fonction d’écriture, l’équipe utilisera une approche magnéto-génétique pour rendre les neurones sensibles aux champs magnétiques.
• L’équipe de Teledyne, dirigée par le chercheur principal Patrick Connolly, a pour objectif de développer un dispositif intégré totalement non invasif, qui utilise des magnétomètres à pompage optique micro pour détecter les petits champs magnétiques localisés en corrélation avec l’activité neurale. L'équipe utilisera des ultrasons ciblés pour écrire dans les neurones.

Tout au long du programme, la recherche bénéficiera des informations fournies par des experts juridiques et éthiques indépendants qui ont accepté de fournir des informations sur³ progresser et envisager les applications militaires et civiles potentielles et les implications de la technologie. En outre, les régulateurs fédéraux coopèrent avec la DARPA pour aider les équipes à mieux comprendre le dédouanement à des fins d'utilisation humaine à mesure que la recherche progresse. Au fur et à mesure que les travaux progresseront, ces régulateurs guideront les stratégies de soumission des demandes de dérogation pour dispositifs expérimentaux et de nouveaux médicaments expérimentaux afin de permettre des essais sur l'homme du N³ systèmes au cours de la dernière phase du programme quadriennal.

"Si N³ En cas de succès, nous aurons des systèmes d’interfaces neuronales portables capables de communiquer avec le cerveau dans une plage de quelques millimètres, déplaçant ainsi la neurotechnologie au-delà de la clinique et l’utilisant pour la sécurité nationale », a déclaré Emondi. "Tout comme les membres du service mettent un équipement de protection et tactique en préparation d'une mission, ils pourraient éventuellement utiliser un casque contenant une interface neurale, utilisez la technologie de votre choix, puis mettez l'outil de côté lorsque la mission est terminée."

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