این آژانس با بهره‌گیری از دستاوردهای پیشین این آژانس در زمینه ایمپلنت‌های مغزی و افزایش بودجه پژوهشی دانشمندان در رشته‌های مختلف علمی تلاش دارد به راه‌هایی دست یابد که دسترسی سریع به محتویات ذهن سربازان میسر شود.
DARPA که مسئول توسعه فناوری‌های نوظهور برای استفاده در ارتش آمریکاست، قصد دارد با کمک این پژوهش‌ها امکان «ذهن‌خوانی» با کمک ابزارها و امکانات موجود در علوم گوناگون را به‌دست آورد. در این پروژه دانشمندان از علوم گوناگون همانند مهندسی ژنتیک مغز انسان، نانوتکنولوژی و نیز فناوری‌های پرتو مادون قرمز همکاری دارند. هدف بلندمدت و اصلی دستیابی به سلاح‌های کنترل ذهن است. همچنین تکمیل امکانات و ابزارهای نوینی چون انبوه پهپادهای کوچک که همانند انبوهی از حشرات ریز به آسمان ارسال می‌شوند، به نحوی که دارای هوش یا توانایی کافی برای دریافت اطلاعات و تصویرها از مغز یک فرد به مغز فردی دیگر باشند.
دارپا اعلام کرده است که شش تیم تحقیقاتی با برنامه‌های تحقیقاتی موسوم به N3( Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology )به‌زودی حمایت‌های مالی لازم را در این زمینه دریافت خواهند کرد.
دارپا در سال 2017 نیز اعلام کرد که بودجه‌ای بالغ بر 65 میلیون دلار را برای تولید نوعی تراشه اختصاص داده که در مغز انسان کار گذاشته خواهد شد. هدف از اجرای این پروژه عظیم چندرشته‌ای، تولید سیستمی قابل کاشت است که امکان برقراری ارتباط دقیق بین مغز و دنیای دیجیتالی را فراهم کند. درصورت موفقیت، این سیستم می‌تواند به سربازان حس‌های پنجگانه فوق‌العاده بدهد و حتی به درمان افراد مبتلا به نابینایی، معلولیت و اختلال‌های گفتاری کمک کند.
N3؛ برقراری ارتباط دوسویه، سریع و یکپارچه میان انسان و ماشین
پروژه N3، یک پروژه گسترده تحقیقاتی است که هدفش با توسعه دستاوردهای فنی موجود، تولید یک رابط مغز و رایانه (BCI) است که امکان برقراری ارتباط دوسویه، سریع و یکپارچه میان انسان و ماشین فراهم کند. به گونه‌ای که استفاده از آن به هیچ‌گونه جراحی نیاز نداشته باشد. درواقع، دارپا قصد دارد نمونه‌های موجود خارجی رابط‌های یاد شده را که عمدتا کاربرد درمانی و پزشکی دارد، برای کاربردهای نظامی بهینه‌سازی کند. نمونه امروزی این دست از فناوری‌ها در بیشتر موارد برای بهبود زندگی افراد دارای معلولیت به کار گرفته می‌شوند اما دارپا قصد دارد با توسعه این فناوری‌ها، نمونه‌ای سبک‌تر و رابط‌هایی مقاوم‌تر بدون نیاز به انجام عمل جراحی روی مغز داوطلبان ایجاد کند که در محیط‌ها یا موقعیت‌های نظامی نیز قابل استفاده باشد.
سازمان دارپا در طول 18 سال گذشته، نوعی از فناوری‌های عصبی را توسعه داد که برای استفاده از آن‌ها مصرف‌کننده باید تحت عمل جراحی قرار می‌گرفت. این کار به منظور نصب الکترودها و ایمپلنت‌ها به صورت مستقیم روی شبکه عصبی مرکزی یا پیرامونی بدن انجام می‌شود. برای نمونه این سازمان تاکنون توانسته است، عضوهای مصنوعی از بدن انسان بسازد که با شبکه عصبی کنترل شوند، ابزارهایی همانند ایمپلنتی که حس لامسه را به بیمار بازمی‌گرداند یا الکترودهایی که به تقویت حافظه کمک می‌کند و بسیاری موارد دیگر را نیز توسعه داده است . نمونه بسیار برجسته این ابزارها، «ایمپلنت مغز گوگل» است که بعضی معقتدند که می‌تواند به‌معنای پایان دادن به مدرسه باشد. به‌طوری که هرکسی می‌تواند هرمطلبی را به‌سرعت یاد بگیرد.
سرعت توسعه این ابزارها به حدی است که «نیکول کیرینس»، بنیانگذار و مدیرعامل شرکت هوش مصنوعی Fountech گفته است طی 20سال آینده، مغز انسان با ایمپلنت‌های ویژه تقویت خواهد شد، بنابراین دیگر نیازی به حفظ‌کردن چیزی نیست.
دارپا دراجرای این پروژه با شش مرکز مهم تحقیقاتی وارد همکاری شده است. این شش موسس شامل Battelle Memorial Institute دانشگاه کارنگی ملون، آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز‌هاپکینز، مرکز تحقیقات پالو آلتو (PARC)، دانشگاه «رایس» و «تلیداین ساینتیفیک» (Teledyne Scientific) هستند.
«جیکوپ رابینسون» استادیار مهندسی زیست‌فناوری در دانشگاه «رایس» که یکی از این تیم‌های پژوهشی را رهبری می‌کند، می‌گوید: «کسی را تصور کنید که کارش هدایت یک پهپاد است یا کسی که باید حجم وسیعی از داده‌ها را آنالیز کند. برای این افراد زمان بسیار اهمیت دارد. این درحالی است که برقراری ارتباط با دستگاه‌ها فرد را مجبور می‌کند سیگنالی از مغز برای انگشتان یا دهانش ارسال کند تا مثلا فرمانی کلامی ارسال شود. همین کار سبب محدودیت در سرعت ارتباطات می‌شود حال چه سیستم ارتباط سایبری باشد، چه سیستم ارتباط فیزیکی. بنابراین هدف اصلی افزایش سرعت در ارتباطات دوسویه در شرایطی است که با ماشین‌های هوشمند و موج داده‌هایی مواجهیم که ممکن است از توان و تحمل انسان خارج باشد. همچنین کاربردهای مهمی نیز در زمینه‌های نظامی و غیرنظامی دارد.»
دارپا انتظار دارد از طریق این پروژه تحقیقاتی ابزاری را توسعه دهد که در زمینه‌های دفاعی همانند دفاع فعال سایبری، تعامل انسان با وسایل نقلیه بدون سرنشین و انواع سامانه‌ها و فعالیت‌های جاری در وزارت دفاع این کشور کاربرد داشته باشد.
پیشرفت در کنترل ذهن
در سال‌های اخیر ما شاهد افزایش امکانات و فناوری‌های نو در زمینه‌هایی چون خواندن و حتی نوشتن اطلاعات مغز بوده‌ایم. این روش‌ها بخصوص به پزشکان اجازه داده است تا شرایط مغز بعضی بیماران همانند مبتلایان به صرع را صفحه نمایش کنند اما این پیشرفت‌ها عموما در زمینه‌های پزشکی و متکی برقراردادن ایمپلنت‌هایی روی مغز افراد بوده که انجام عمل جراحی را اجتناب‌ناپذیر می‌کند.
از دیگر سو انجام عمل جراحی مغز بسیار خطرناک است. همچنین برای جاسازی دقیق چنین رابط‌هایی در بدن افراد چه سالم و چه بیماران، مستلزم به‌کارگیری روش‌های نظارت خارجی بر مغز است و اعمال روش‌هایی چون الکترو انسفالوگرافی نادرست است که در آن الکترودهایی به‌طور مستقیم به پوست سر متصل می‌شوند. بنابراین دارپا دراین برنامه تحقیقاتی در تلاش است راه‌هایی برای بهبود رابط‌های مغز و رایانه به گونه‌ای غیرتهاجمی یا با حداقل تهاجم brain-computer interfaces (BCIs) است.
به گفته رابینسون آژانس دارپا علاقه‌مند به توسعه سیستم‌هایی است که چهار سال آتی، بتوانند قادر به خواندن و پیاده کردن اطلاعات در16 نقطه مجزا و در بخشی از مغز به‌اندازه یک نخود باشد و تاخیری بیشتر از 50 میلی ثانیه نداشته نباشد.
رابینسون می‌گوید: «هنگامی که شما می‌کوشید تا فعالیت‌های مغز را از طریق جمجمه دریافت کنید، بسیار دشوار است دانستن این‌که سیگنال‌ها از کجا و چه وقت می‌آیند و اساسا این سیگنال‌ها درکجا تولید شده‌اند. بنابراین چالش اصلی این است که آیا ما می‌توانیم محدودیت‌های مطلق را که هم در فضا و هم از نظر زمانی داریم، پشت سربگذاریم یا خیر!»
تنظیم و بهینه‌سازی ژنتیکی مغز انسان
محققان در پروژه چندرشته‌ای دارپا به دنبال توسعه روش‌هایی هستند که از حسگرهای نوری، صوتی و الکترومغناطیس برای ثبت فعالیت‌های عصبی استفاده شده و قادر است سیگنال‌ها را با سرعت و کیفیتی بسیار بالا به سمت مغز باز‌گرداند.
برای انجام این کار تیم تحقیقاتی با نظارت رابینسون قرار است جهت انتقال مواد ژنتیکی به مغز، از روش ویرایش ویروس‌ها موسوم به viral vectors استفاده کند. viral vectors از جمله روش‌های انتقال DNAبه سلول‌های هدف و مبتنی بر استفاده از ویروس‌های نو ترکیب است که نانوذرات زیستی یا «وکتورهای ویروسی» نامیده می‌شوند. تیم پژوهشی دراین بخش، با به کارگیری این روش، DNA را به نرون‌های خاصی که قرار است دو نوع پروتئین ویژه را تولید کنند، تزریق یا منتقل می‌کنند.
پروتئین نوع اول نور را که هنگامی تحریک نورون ایجاد می‌شود، جذب می‌کند که سبب شناسایی فعالیت عصبی می‌شود. سپس یک هدست خارجی، پرتو نور مادون قرمز را از طریق جمجمه به مغز ارسال می‌کند. سپس آشکارسازهای متصل به هدست، سیگنال‌های کوچکی را که از بافت مغز منعکس شده تا تصویری را در مغز ایجاد کند، اندازه‌گیری می‌کنند.
وجود همین پروتئین‌ها سبب می‌شود نواحی مورد نظر هنگامی که نورون‌ها تحریک می‌شوند، براثر جذب نور، به صورت تیره‌تر ظاهر شوند و این می‌تواند در خواندن فعالیت مغز که فرد را قادر به فعالیت‌های مختلف مانند دیدن، شنیدن و انجام دادن می‌کند، مورد استفاده قرار گیرد.
پروتئین دوم به نانوذرات مغناطیسی متصل می‌شود به‌طوری که با ایجاد یک میدان مغناطیسی توسط هدست، نورون‌ها به‌طور مغناطیسی تحریک به ارسال پیام‌های عصبی شوند. این روش می‌تواند در تحریک نورون‌ها برای ایجاد یک تصویر یا صدا در ذهن بیماران مورد استفاده قرار گیرد. به منظور اثبات این مفاهیم تیم تحقیقاتی قصد دارد تا تصویرهایی را از «قشر بصری» مغز یک فرد به قشر بصری فرد دیگر منتقل کند.
رابینسون می‌گوید که توانایی رمزگشایی یا رمزگذاری تجارب حسی، چیزی است که آن را به میزان نسبتا خوبی درک کرده‌ایم. فکر می‌کنم با استفاده از علوم مدرن، اگر فناوری مورد نیاز را در اختیار داشته باشیم، قادر به انجام این کار هستیم.
تماس و گفت‌وگو با پهپادها
گروه تحقیقاتی دیگر از شش موسسه پژوهشی که در این بررسی‌ها با دارپا همکاری دارند، موسسه غیرانتفاعی Battelle Memorial است. این گروه نیز در حال اجرای یک پروژه بلندپروازانه دیگر در همین راستا، قصد دارد تا امکان آن را فراهم کند که انسان بتواند کنترل چندین هواپیمای بدون سرنشین را فقط با استفاده از فکر خود کنترل کند، به نحوی که بازخوردهایی همانند شتاب، سرعت یا موقعیت و اموری مانند آن به‌طور مستقیم به مغز بازگردد.
«گائوراو شارما» محقق ارشد که سرپرستی یک تیم پژوهشی را برعهده دارد، می‌گوید: «اهرمک‌ها یا ( Joystickاز ابزارهای جانبی در رایانه‌ها برای تبدیل حرکات فیزیکی دست انسان به سیگنال‌های الکتریکی جهت ارسال به رایانه است. این ابزارکه با پورت USB به رایانه متصل می‌شوند، حرکات دست کاربر را به اطلاعات دیجیتال تبدیل می‌کند) و نشانگرها در دستگاه‌های رایانه‌ای کمابیش دستگاه‌های یک سویه هستند اما ما اکنون درحال کار روی این ایده هستیم که یک شخص بتواند چندین پهپاد را با هم کنترل کند و این روشی دوسویه است. بنابراین اگر یک پهپاد به سمت چپ حرکت کند، یک سیگنال حسی در مغز شما، شما را از این تغییر مسیردرحرکت پهباد آگاه می‌کند.»
برنامه پژوهشی این تیم تحقیقاتی به‌طور خاص براساس نانوذرات طراحی شده با هسته‌های مغناطیسی و پوسته‌های خارجی از مواد «پیزوالکتریک»piezoelectric استوار است. منظور از «اثر پیزوالکتریک» توانایی بعضی مواد، برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی است. موادی که این پدیده را از خود بروز می‌دهند، مواد پیزوالکتریک نامیده می‌شوند. در این برنامه تحقیقاتی هم پوسته‌ها می‌توانند انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی و برعکس تبدیل کنند. سپس این ذرات طریق بینی به بدن فرد تزریق می‌شود که پس از ورود به بدن انسان، میدان‌های مغناطیسی آن‌ها را به نورون‌های مربوطه هدایت می‌کند.
از آن‌جا که نورون یک سلول قابل تحریک است اطلاعات را با ارسال سیگنال الکتریکی و شیمیایی پردازش و منتقل می‌کند، همه سلول‌های عصبی یا نورون‌ها چه حسی باشند، چه حرکتی و چه بزرگ یا کوچک، فعالیت‌شان هم الکتریکی است و هم شیمیایی و این سیگنال شیمیایی از طریق سیناپس‌ها منتقل شده و تعیین می‌کند که هدست (ویژه این کار طراحی شده)، چه هنگام میدان مغناطیسی را به نورون‌های هدف هدایت کند. پس از آن، هسته مغناطیسی حرکت کرده و فشاری روی پوسته بیرونی وارد می‌کند که سبب ایجاد امپالس یا تکانه‌های الکتریکی و تحریک نورون می‌شود. البته این فرایند به‌طور معکوس نیز رخ می‌دهد. به این شکل که تکانه‌های االکتریکی ارسال شده از نورون‌ها، به میدان‌های مغناطیسی بسیار کوچکی تبدیل شده و از سوی ردیاب‌های موجود در هدست، دریافت می‌شود.
شارما می‌گوید که ترجمه و توضیح این فرایند درکنترل پهپادها یا هواپیماهای بدون سرنشین آسان نیست اما ظاهرا او متوجه بزرگی چالشی است که دارپا با آن مواجه است. او می‌گوید: «مغز انسان مرزن‌هایی در علوم پزشکی است. ما اطلاعات بسیار اندکی درباره مغز داریم و همین امر سبب شده تحقیقاتی که در این زمینه صورت می‌گیرد، بسیار هیجان‌انگیز و جالب‌تر از بسیاری از مسائل باشد.»
