बायोनिक आंखों के साथ दृष्टि बहाल करना: कोई लंबी विज्ञान कथा नहीं

Anonim
बायोनिक दृष्टि

(यूइचिरो चिनो / गेटी)

बायोनिक दृष्टि विज्ञान कथा की तरह लग सकता है, लेकिन डॉ। माइकल बेयलर बस उसी पर काम कर रहे हैं।

मूल रूप से स्विटजरलैंड के रहने वाले डॉ। बेयेलर यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया सांता बारबरा में जाने से पहले वाशिंगटन यूनिवर्सिटी में अपने पोस्टडॉक्टरल फेलो को लपेट रहे हैं, कंप्यूटर साइंस और साइकोलॉजिकल और ब्रेन साइंसेज के विभागों में नवगठित बायोनिक विजन लैब का नेतृत्व करने के लिए।

हमने उनके साथ इस "मस्तिष्क के साथ गहरे आकर्षण" के बारे में बात की और कहा कि उन्हें उम्मीद है कि उनका काम आखिरकार दृष्टिहीन को बहाल करने में सक्षम होगा। हमारी बातचीत के कुछ अंश यहां संपादित और सघन हैं।

डॉ। बेयेलर, हमें 'न्यूरल इंजीनियरिंग' क्षेत्र का अवलोकन दें जिससे भविष्य में बायोनिक दृष्टि पैदा होगी।
[एमबी] न्यूरोइंजीनियरिंग एक उभरता हुआ अंतःविषय क्षेत्र है जो इंजीनियर उपकरणों को लक्षित करता है जो मस्तिष्क के साथ इंटरफेस कर सकते हैं। ब्लैक मिरर से मस्तिष्क के प्रत्यारोपण की तरह, लेकिन बहुत कम डरावना। [हंसते हैं]

मानव मस्तिष्क में लगभग 100 बिलियन तंत्रिका कोशिकाएं, या न्यूरॉन्स होते हैं, और उनके बीच संबंध के खरब, मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्रों में एक विशेष कार्य का समर्थन करने वाले होते हैं; उदाहरण के लिए, दृश्य या श्रवण संबंधी जानकारी को संसाधित करना, निर्णय लेना, या ए से बी तक प्राप्त करना। आप सोच सकते हैं कि ये तंत्रिका सर्किट कैसे धारणा को जन्म देते हैं और कार्रवाई के लिए विभिन्न प्रकार के विषयों, जैसे तंत्रिका विज्ञान, इंजीनियरिंग, से कौशल लाने की आवश्यकता होती है। कंप्यूटर विज्ञान, और सांख्यिकी।

बताएं कि ये बीएमआई आपके क्षेत्र में कैसे काम करते हैं। मैंने उन्हें मूड उत्थान के लिए परीक्षण किया है, लेकिन दृश्य राज्यों से जुड़ा नहीं है।
सही। "मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफेस" का उपयोग न्यूरोलॉजिकल और मानसिक विकारों के साथ-साथ मस्तिष्क समारोह को समझने के लिए किया जा सकता है, और अब इंजीनियरों ने इन न्यूरल सर्किटों को विद्युत धाराओं, प्रकाश, अल्ट्रासाउंड और चुंबकीय क्षेत्रों के साथ हेरफेर करने के तरीके विकसित किए हैं। उल्लेखनीय रूप से, हम मोटर कॉर्टेक्स में सही न्यूरॉन्स को सक्रिय करके एक उंगली, हाथ, या यहां तक ​​कि एक पैर भी बना सकते हैं। इसी तरह, हम लोगों को प्रकाश की चमक देखने के लिए दृश्य कॉर्टेक्स में न्यूरॉन्स को सक्रिय कर सकते हैं। पूर्व हमें पार्किंसंस रोग और मिर्गी जैसे न्यूरोलॉजिकल स्थितियों का इलाज करने की अनुमति देता है, जबकि बाद में अंततः हमें दृष्टिहीन को दृष्टि बहाल करने की अनुमति देनी चाहिए।

गजब का। और वर्तमान में किस प्रकार के उपकरण क्षेत्र में हैं?
एक दृश्य कृत्रिम अंग, या बायोनिक आंख का विचार, अब विज्ञान कथा नहीं है। आपने आर्गस II के बारे में सुना होगा, एक डिवाइस जिसे दूसरी दृष्टि नामक कंपनी द्वारा विकसित किया गया है, जो अमेरिका, यूरोप और कुछ एशियाई देशों में उपलब्ध है। यह उन लोगों के लिए है जो रेटिनल डिजनरेटिव बीमारी जैसे रेटिनाइटिस पिगमेंटोसा और मैकुलर डिजनरेशन के कारण अपनी दृष्टि खो चुके हैं।

आज कितने लोग इन रेटिना कृत्रिम अंग हैं?
मेरा मानना ​​है कि दुनिया भर में अब 300 से अधिक आर्गस II उपयोगकर्ता हैं और निर्माता, दूसरी दृष्टि, ने भी बस ओरियन को आरोपित करना शुरू कर दिया है, एक उपकरण जो आंख को पूरी तरह से और सीधे दृश्य कोर्टेक्स के साथ आंख को जोड़ देता है। इसके अलावा, हम उत्सुकता से PRIMA के पहले परिणामों की प्रतीक्षा कर रहे हैं, जो स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी में विकसित किया गया एक नया उप-उपकरण है और पिक्सियम विजन नामक एक फ्रांसीसी कंपनी द्वारा इसका व्यवसायीकरण किया गया है।

तो क्या यह बढ़ता हुआ क्षेत्र है?
निश्चित रूप से। वास्तव में, कुछ 30 और उपकरण दुनिया भर में विकास में हैं। कुल मिलाकर अगले दशक के भीतर व्यापक पुनर्स्थापना तकनीक उपलब्ध होनी चाहिए।

My goal is basically to understand how to go from camera input to electrical stimulation and come up with a code that the visual system can interpret. This requires both a deep understanding of the underlying neuroscience as well as the technical skills to engineer a viable real-time solution.

And how do you do this?
By using tools from computer science, neuroscience, and cognitive psychology. For example, we come up with mathematical equations that describe how individual neurons respond to electrical stimulation. We also perform simple psychophysical experiments, such as asking Argus II users to draw what they see when we stimulate different electrodes. We then use insights from these experiments to develop software packages that predict what people should see for any given electrical stimulation pattern, which can be used by the device manufacturer to make the artificial vision, provided by these devices, more interpretable for the user.

Are you focusing on bionic (artificial) rather than biomimicry (natural) vision?
Yes, because instead of focusing on "natural" vision, we might be better off thinking about how to create "practical" and "useful" artificial vision. We have a real opportunity here to tap into the existing neural circuitry of the blind and augment their visual senses much like Google Glass or the Microsoft HoloLens. For example, make things appear brighter the closer they get, use computer vision to mark safe paths and combine it with GPS to give visual directions, warn users of impending dangers in their immediate surroundings, or even extend the range of "visible" light with the use of an infrared sensor. Once the quality of the generated artificial vision reaches a certain threshold, there are a lot of exciting avenues to pursue.

On a practical level, how are you using technology in your research?
Since we don' t develop our own implants, we often collaborate with different device manufacturers. Recently we have been making extensive use of Argus II, which comes with its own quite sophisticated>

क्या अन्य उपकरण, और सॉफ्टवेयर, आप अपने काम में उपयोग करते हैं?
इस क्षेत्र में वर्तमान में विभिन्न डिवाइस निर्माताओं का वर्चस्व है, जो (जाहिर है) अपनी बौद्धिक संपदा के लिए बहुत सुरक्षात्मक हो सकते हैं। हालाँकि, मेरे लिए स्विस इसे सभी के लिए उपलब्ध उपकरणों और संसाधनों को बढ़ावा देने वाली एक तटस्थ अकादमिक आवाज़ प्रदान करने के लिए महत्वपूर्ण मानता है। इसलिए हम खुले विज्ञान प्रथाओं पर बहुत अधिक ध्यान केंद्रित करते हैं।

आपने कुछ ओपन-सोर्स प्रोजेक्ट विकसित किए हैं, है ना?
हां, इस भावना में, हम अपने सिमुलेशन इंजन, पल्स 2percept को बनाने वाले पहले व्यक्ति थे, जो एक ओपन-सोर्स पायथन पैकेज के रूप में उपलब्ध था। Pul2percept का लक्ष्य यह अनुमान लगाना है कि किसी भी इनपुट उत्तेजना के लिए रोगी को क्या देखना चाहिए। दिलचस्प बात यह है कि इस दृष्टिकोण ने पहले ही सेकंड साइट और पिक्सियम विजन का ध्यान आकर्षित किया है, जिन्होंने हमारे सॉफ़्टवेयर का उपयोग करने में रुचि व्यक्त की है कि उनके मरीज क्या देख रहे हैं। भविष्य में, मेरा लक्ष्य इस सॉफ्टवेयर को अन्य उपकरणों के लिए अनुकूल बनाना है क्योंकि वे उपलब्ध हैं।

स्विटजरलैंड से, पहले स्थान पर, आपको अमेरिका में क्या लाया?
मैंने ज्यूरिख में एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियर के रूप में शुरुआत की, क्योंकि मुझे हमेशा से दिलचस्पी रही है कि चीजें कैसे काम करती हैं, लेकिन खुद मस्तिष्क में अधिक से अधिक रुचि हो गई, एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियर के रूप में मेरे कौशल को साकार करने के लिए सीधे यह समझने में हस्तांतरणीय था कि मस्तिष्क कैसे काम करता है । मैं सिग्नल प्रोसेसिंग, नेटवर्क सिद्धांत, और सूचना सिद्धांत और - बायोमेडिकल इंजीनियरिंग और न्यूरोसाइंस के माध्यम से मस्तिष्क-प्रेरित तंत्रिका नेटवर्क और रोबोटिक्स के लिए काम कर सकता था - और इन सभी अवधारणाओं का उपयोग वास्तव में अच्छा करने के लिए करता हूं। इसी तरह मैंने अपनी पढ़ाई जारी रखने और अपनी पीएचडी करने के लिए कैलिफोर्निया यूनिवर्सिटी इरविन में पढ़ाई की। मैं केवल 9 महीने के लिए अमेरिका आने की योजना बना रहा था।

और आप एक दशक बाद भी यहां हैं।
[हंसते हुए] सही है।

आज अपने शोध पर वापस जाएं: आपके मुख्य समर्थक कौन हैं?
गॉर्डन एंड बेट्टी मूर फाउंडेशन और अल्फ्रेड पी। स्लोन फाउंडेशन के संयोजन में वाशिंगटन रिसर्च फाउंडेशन के उदार सहयोग के बिना मेरा हालिया कार्य संभव नहीं था। उस के शीर्ष पर, मैं NIH में राष्ट्रीय नेत्र संस्थान से स्वतंत्रता पुरस्कार के लिए एक K99 पाथवे प्राप्त करने के लिए बहुत भाग्यशाली रहा हूं। यह पांच साल का एक प्रतिष्ठित अनुदान है जो एक सहायक प्रोफेसर के रूप में अपने स्वयं के अनुसंधान समूह को शुरू करने में मेरे संक्रमण को कम करने के लिए है।

आप कैलिफोर्निया सांता बारबरा विश्वविद्यालय में कंप्यूटर विज्ञान और मनोवैज्ञानिक और मस्तिष्क विज्ञान विभागों में शामिल होने वाले हैं और एक बायोनिक विजन लैब का निर्माण कर रहे हैं, जो इस तरह का एक अच्छा नाम है।
हां, मैं इस अवसर के बारे में सुपर स्टाक्ड हूं। अपक्षयी रोगों के अंधाधुंध प्रभावों और कई बायोमेडिकल समूहों इंजीनियरिंग नए उपकरणों के प्रभावों का अध्ययन करने वाले बहुत सारे नैदानिक ​​अनुसंधान समूह हैं। लेकिन कोई भी वास्तव में कोड को बेहतर बनाने के लिए उपन्यास के तरीकों और एल्गोरिदम पर ध्यान केंद्रित नहीं कर रहा है जिसके साथ ये डिवाइस स्वयं मानव दृश्य प्रणाली के साथ बातचीत करते हैं। हमारा समूह एक अंतःविषय प्रयास होगा जो कंप्यूटर विज्ञान और इंजीनियरिंग के साथ तंत्रिका विज्ञान से अंतर्दृष्टि को मिलाने का प्रयास करता है ताकि स्मार्ट मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफेस का निर्माण किया जा सके और कृत्रिम दृष्टि की व्यावहारिकता को अधिकतम करने के लिए नए तरीके का सपना देखा जा सके।

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अंत में, पहली बार में इस क्षेत्र में आपकी रुचि कैसे हुई?
मेरे लिए यह अंतिम वैज्ञानिक खोज है, और इसमें अंधेपन को ठीक करने की क्षमता है। अंत में, यह सब मस्तिष्क के साथ एक गहरे आकर्षण की ओर लौटता है - मांस का यह रहस्यमय हंक जो दुनिया की हमारी जागरूक धारणा को जन्म देने के लिए एक प्रकाश बल्ब की तुलना में कम शक्ति का उपयोग करता है। मस्तिष्क इसे कैसे करता है?

यह असाधारण है, जब आप वास्तव में इसके बारे में सोचते हैं।
यह शायद आखिरी बड़े शेष वैज्ञानिक रहस्यों में से एक है। और मस्तिष्क के बारे में हमारी समझ को परखने का इससे बेहतर तरीका क्या हो सकता है कि वह ऐसा उपकरण बना सके जो उसके साथ सुरक्षित और सार्थक बातचीत कर सके? मेरा मतलब है, इस जटिल सर्किटरी में टैप करने की तकनीक आ रही है, इसके आसपास कोई रास्ता नहीं है, और यह हमें अपनी धारणा, हमारे फैसले, हमारे कार्यों में हेरफेर करने की अनुमति देगा। हम बेहतर तरीके से यह सोचना शुरू कर देते हैं कि इन शक्तियों का उपयोग कैसे करें