A DARPA concedeu financiamento a seis organizações para apoiar a Neurotecnologia Não Cirúrgica de Próxima Geração (N ³ ) programa, anunciado pela primeira vez em março de 2018. Battelle Memorial Institute, Universidade Carnegie Mellon, Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, Centro de Pesquisa Palo Alto (PARC), Rice University, e a Teledyne Scientific estão liderando equipes multidisciplinares para desenvolver alta resolução, interfaces bidirecionais cérebro-máquina para uso por membros do serviço sem deficiência. Essas interfaces vestíveis podem, em última análise, permitir diversas aplicações de segurança nacional, como controle de sistemas de defesa cibernética ativos e enxames de veículos aéreos não tripulados, ou juntando-se a sistemas de computador para realizar multitarefas durante missões complexas.

"A DARPA está se preparando para um futuro em que uma combinação de sistemas não tripulados, inteligência artificial, e as operações cibernéticas podem causar conflitos em prazos muito curtos para os humanos gerenciarem de forma eficaz apenas com a tecnologia atual, "disse Al Emondi, então ³ gerenciador de programa. "Ao criar uma interface cérebro-máquina mais acessível que não requer cirurgia para ser usada, A DARPA poderia fornecer ferramentas que permitiriam aos comandantes de missão permanecer significativamente envolvidos em operações dinâmicas que se desenrolam em alta velocidade. "

Nos últimos 18 anos, A DARPA demonstrou neurotecnologias cada vez mais sofisticadas que dependem de eletrodos implantados cirurgicamente para fazer interface com o sistema nervoso central ou periférico. A agência demonstrou conquistas como controle neural de membros protéticos e restauração do sentido do tato para os usuários desses membros, alívio de doenças neuropsiquiátricas intratáveis, como depressão, e melhoria da formação e evocação da memória. Devido aos riscos inerentes à cirurgia, essas tecnologias até agora têm sido limitadas ao uso por voluntários com necessidades clínicas.

Para que a população fisicamente apta dos militares se beneficie da neurotecnologia, interfaces não cirúrgicas são necessárias. Ainda, na verdade, tecnologia semelhante também poderia beneficiar muito as populações clínicas. Ao eliminar a necessidade de cirurgia, N ³ os sistemas buscam expandir o grupo de pacientes que podem acessar tratamentos como a estimulação cerebral profunda para controlar doenças neurológicas.

Então ³ as equipes estão buscando uma série de abordagens que usam ótica, acústica, e eletromagnética para registrar a atividade neural e / ou enviar sinais de volta ao cérebro em alta velocidade e resolução. A pesquisa está dividida em duas vertentes. As equipes estão buscando interfaces completamente não invasivas que são inteiramente externas ao corpo ou sistemas de interface minuciosamente invasivos que incluem nanotransdutores que podem ser temporariamente e não cirurgicamente entregues ao cérebro para melhorar a resolução do sinal.

• A equipe Battelle, sob o investigador principal Dr. Gaurav Sharma, tem como objetivo desenvolver um sistema de interface minuciosamente invasivo que emparelha um transceptor externo com nanotransdutores eletromagnéticos que são entregues de forma não cirúrgica aos neurônios de interesse. Os nanotransdutores converteriam os sinais elétricos dos neurônios em sinais magnéticos que podem ser registrados e processados ​​pelo transceptor externo, e vice versa, para habilitar a comunicação bidirecional.
• A equipe da Carnegie Mellon University, sob o investigador principal Dr. Pulkit Grover, tem como objetivo desenvolver um dispositivo completamente não invasivo que usa uma abordagem acústico-óptica para gravar do cérebro e campos elétricos interferentes para escrever para neurônios específicos. A equipe usará ondas de ultrassom para guiar a luz para dentro e para fora do cérebro para detectar a atividade neural. A abordagem de gravação da equipe explora a resposta não linear dos neurônios aos campos elétricos para permitir a estimulação localizada de tipos específicos de células.
• A equipe do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, sob o investigador principal, Dr. David Blodgett, visa desenvolver um sistema totalmente não invasivo, sistema óptico coerente para gravação do cérebro. O sistema medirá diretamente as alterações do comprimento do caminho óptico no tecido neural que se correlacionam com a atividade neural.
• A equipe PARC, sob o investigador principal Dr. Krishnan Thyagarajan, visa desenvolver um dispositivo acústico-magnético completamente não invasivo para escrever para o cérebro. Sua abordagem emparelha ondas de ultrassom com campos magnéticos para gerar correntes elétricas localizadas para neuromodulação. A abordagem híbrida oferece o potencial para neuromodulação localizada mais profundamente no cérebro.
• A equipe da Rice University, sob o investigador principal Dr. Jacob Robinson, visa desenvolver um minuciosamente invasivo, sistema bidirecional para gravar e gravar no cérebro. Para a função de gravação, a interface usará tomografia óptica difusa para inferir a atividade neural medindo a dispersão de luz no tecido neural. Para habilitar a função de gravação, a equipe usará uma abordagem magneto-genética para tornar os neurônios sensíveis a campos magnéticos.
• A equipe Teledyne, sob o investigador principal Dr. Patrick Connolly, visa desenvolver um sistema totalmente não invasivo, dispositivo integrado que usa magnetômetros micro-bombeados opticamente para detectar pequenos, campos magnéticos localizados que se correlacionam com a atividade neural. A equipe usará ultrassom focalizado para escrever aos neurônios.

Ao longo do programa, a pesquisa se beneficiará de insights fornecidos por especialistas jurídicos e éticos independentes que concordaram em fornecer insights sobre N ³ progresso e considerar potenciais aplicações militares e civis futuras e implicações da tecnologia. Adicionalmente, reguladores federais estão cooperando com a DARPA para ajudar as equipes a entender melhor a autorização para uso humano conforme a pesquisa está em andamento. Conforme o trabalho avança, esses reguladores ajudarão a orientar as estratégias para o envio de pedidos de isenções de dispositivos investigacionais e novos medicamentos investigativos para permitir testes em humanos de N ³ sistemas durante a última fase do programa de quatro anos.

"Se N ³ é bem sucedido, vamos acabar com sistemas de interface neural vestíveis que podem se comunicar com o cérebro a partir de apenas alguns milímetros, movendo a neurotecnologia para além da clínica e em uso prático para a segurança nacional, "Emondi disse." Assim como os membros do serviço colocam equipamentos de proteção e táticos em preparação para uma missão, no futuro, eles podem colocar um fone de ouvido contendo uma interface neural, use a tecnologia da maneira que for necessária, em seguida, coloque a ferramenta de lado quando a missão for concluída. "