DARPA, försvarsdepartementets forskningsarm, betalar forskare för att uppfinna sätt att omedelbart läsa soldatens sinne med hjälp av verktyg som genteknik i den mänskliga hjärnan, nanoteknologi och infraröda strålar. Slutmålet? Tankestyrda vapen, som svärmar av drönare som någon skickar till himlen med en enda tanke eller förmågan att stråla bilder från en hjärna till en annan.
Den här veckan tillkännagav DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) att sex lag kommer att få finansiering under programmet Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (N3). Deltagarna har till uppgift att utveckla teknik som ger en tvåvägskanal för snabb och sömlös kommunikation mellan den mänskliga hjärnan och maskiner utan att behöva kirurgi.
"Föreställ dig någon som driver en drönare eller någon som kanske analyserar mycket data", sa Jacob Robinson, biträdande professor i bioingenjör vid Rice University, som leder ett av lagen.
"Det finns denna latens, där om jag vill kommunicera med min maskin måste jag skicka en signal från min hjärna för att röra mina fingrar eller flytta min mun för att göra ett verbalt kommando, och detta begränsar hastigheten med vilken jag kan interagera med antingen ett cybersystem eller fysiskt system. Så tanken är att vi kanske kan förbättra den hastigheten på interaktion. "
Det kan vara avgörande eftersom smarta maskiner och en tidvattenvåg av data hotar att överväldiga människor och i slutändan kan hitta applikationer på både militära och civila områden, sade Robinson.
Främja mind control
Även om det har skett genombrott i vår förmåga att läsa och till och med skriva information till hjärnan, har dessa framsteg generellt förlitat sig på hjärnimplantat hos patienter, vilket gör att läkare kan övervaka tillstånd som epilepsi.
Hjärnkirurgi är emellertid för riskabelt för att motivera sådana gränssnitt hos personer med funktionsnedsättning; och nuvarande tillvägagångssätt för extern hjärnövervakning som elektroencefalografi (EEG) - där elektroder är fästa direkt i hårbotten - är för felaktiga. Som sådan försöker DARPA att driva ett genombrott i icke-invasiva eller minimalt invasiva hjärn-datorgränssnitt (BCI).
Byrån är intresserad av system som kan läsa och skriva till 16 oberoende platser i en del av hjärnan på en ärts storlek med en fördröjning på högst 50 millisekunder inom fyra år, sade Robinson, som inte är någon illusion om omfattningen av utmaningen.
"När du försöker fånga hjärnaktivitet genom skallen, är det svårt att veta var signalerna kommer från och när och var signalerna genereras," sa han till Live Science. "Så den stora utmaningen är, kan vi pressa de absoluta gränserna för vår upplösning, både i rum och tid?"
Genetiskt anpassade mänskliga hjärnor
För att göra detta planerar Robinsons team att använda virus modifierade för att leverera genetiskt material i celler - kallade virala vektorer - för att införa DNA i specifika neuroner som får dem att producera två slags proteiner.
Den första typen av protein absorberar ljus när en neuron skjuter, vilket gör det möjligt att upptäcka nervaktivitet. Ett externt headset skulle sända ut en stråle med infrarött ljus som kan passera genom skallen och in i hjärnan. Detektorer kopplade till headsetet skulle sedan mäta den lilla signalen som reflekteras från hjärnvävnaden för att skapa en bild av hjärnan. På grund av proteinet kommer de riktade områdena att vara mörkare (absorberande ljus) när neuroner skjuter, vilket genererar en läsning av hjärnaktivitet som kan användas för att ta reda på vad personen ser, hör eller försöker göra.
Det andra proteinet tinder till magnetiska nanopartiklar, så neuronerna kan magnetiskt stimuleras att avfyra när headsetet genererar ett magnetfält. Detta kan användas för att stimulera neuroner för att inducera en bild eller ljud i patientens sinne. Som ett bevis på konceptet planerar gruppen att använda systemet för att överföra bilder från "visuell cortex från en person till en av en annan.
"Att kunna avkoda eller koda sensoriska upplevelser är något vi förstår relativt väl," sade Robinson. "Vid vetenskapens blödande kant tror jag att vi är där om vi hade tekniken för att göra det."
Prata med drönare
En grupp från ideella forskningsinstitutet Battelle tar på sig en mer ambitiös utmaning. Gruppen vill låta människor kontrollera flera drönare med bara sina tankar, medan feedback om saker som acceleration och position går direkt till hjärnan.
"Joysticks och datormarkörer är mer eller mindre enkelriktade enheter", säger seniorforskare Gaurav Sharma, som leder teamet. "Men nu tänker vi på en person som kontrollerar flera drönare; och det är tvåvägs, så om dronen rör sig åt vänster får du en sensorisk signal tillbaka till din hjärna som säger att den rör sig åt vänster."
Gruppens plan förlitar sig på specialdesignade nanopartiklar med magnetkärnor och piezoelektriska yttre skal, vilket innebär att skalen kan konvertera mekanisk energi till elektriska och vice versa. Partiklarna kommer att injiceras eller administreras nasalt, och magnetfält leder dem till specifika neuroner.
När ett specialdesignat headset applicerar ett magnetfält på de riktade nervcellerna, kommer magnetkärnan att röra sig och utöva påkänning på det yttre skalet för att generera en elektrisk impuls som gör att nervcellen avfyrar Processen fungerar också i omvänd riktning, med elektriska impulser från avfyrande nervceller omvandlade till små magnetfält som plockas upp av detektorer i headsetet.
Att översätta den processen till att kontrollera drönare kommer inte att vara enkel, medger Sharma, men han tycker om den utmaning som DARPA har lagt ut. "Hjärnan är den sista gränsen inom medicinsk vetenskap," sade han. "Vi förstår så lite av det, vilket är det som gör det väldigt spännande att göra forskning på detta område."
