DARPA ha assegnato finanziamenti a sei organizzazioni per supportare la neurotecnologia non chirurgica di nuova generazione (N ³ ) programma, annunciato per la prima volta nel marzo 2018. Battelle Memorial Institute, Università Carnegie Mellon, Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University, Centro Ricerche di Palo Alto (PARC), Università del riso, e Teledyne Scientific stanno guidando team multidisciplinari per sviluppare ad alta risoluzione, interfacce cervello-macchina bidirezionali per l'uso da parte di membri del servizio abili. Queste interfacce indossabili potrebbero in definitiva consentire diverse applicazioni di sicurezza nazionale come il controllo di sistemi di difesa informatica attivi e sciami di veicoli aerei senza equipaggio, o collaborando con sistemi informatici per multitasking durante missioni complesse.

"DARPA si sta preparando per un futuro in cui una combinazione di sistemi senza pilota, intelligenza artificiale, e le operazioni informatiche possono causare conflitti su tempistiche troppo brevi perché gli esseri umani possano gestirli efficacemente con la sola tecnologia attuale, " disse Al Emondi, poi ³ responsabile del programma. "Creando un'interfaccia cervello-macchina più accessibile che non richiede interventi chirurgici per essere utilizzata, La DARPA potrebbe fornire strumenti che consentano ai comandanti di missione di rimanere coinvolti in modo significativo in operazioni dinamiche che si svolgono a velocità elevata".

Negli ultimi 18 anni, DARPA ha dimostrato neurotecnologie sempre più sofisticate che si basano su elettrodi impiantati chirurgicamente per interfacciarsi con il sistema nervoso centrale o periferico. L'agenzia ha dimostrato risultati come il controllo neurale degli arti protesici e il ripristino del senso del tatto per gli utenti di quegli arti, sollievo da malattie neuropsichiatriche altrimenti intrattabili come la depressione, e miglioramento della formazione e del richiamo della memoria. A causa dei rischi intrinseci della chirurgia, queste tecnologie sono state finora limitate all'uso da parte di volontari con necessità cliniche.

Affinché la popolazione prevalentemente abile dell'esercito possa beneficiare della neurotecnologia, sono necessarie interfacce non chirurgiche. Ancora, infatti, una tecnologia simile potrebbe avvantaggiare notevolmente anche le popolazioni cliniche. Eliminando la necessità di un intervento chirurgico, n ³ i sistemi cercano di espandere il pool di pazienti che possono accedere a trattamenti come la stimolazione cerebrale profonda per gestire le malattie neurologiche.

Poi ³ i team stanno perseguendo una serie di approcci che utilizzano l'ottica, acustica, e l'elettromagnetismo per registrare l'attività neurale e/o inviare segnali al cervello ad alta velocità e risoluzione. La ricerca si divide su due binari. I team stanno perseguendo interfacce completamente non invasive completamente esterne al corpo o sistemi di interfaccia minuziosamente invasivi che includono nanotrasduttori che possono essere temporaneamente e non chirurgicamente consegnati al cervello per migliorare la risoluzione del segnale.

• La squadra di Battelli, sotto la guida del ricercatore principale Dr. Gaurav Sharma, mira a sviluppare un sistema di interfaccia minuziosamente invasivo che accoppia un ricetrasmettitore esterno con nanotrasduttori elettromagnetici che vengono consegnati non chirurgicamente ai neuroni di interesse. I nanotrasduttori convertirebbero i segnali elettrici dai neuroni in segnali magnetici che possono essere registrati ed elaborati dal ricetrasmettitore esterno, e viceversa, per consentire la comunicazione bidirezionale.
• Il team della Carnegie Mellon University, sotto la guida del ricercatore principale Dr. Pulkit Grover, mira a sviluppare un dispositivo completamente non invasivo che utilizza un approccio acusto-ottico per registrare dal cervello e campi elettrici interferenti per scrivere su neuroni specifici. Il team utilizzerà le onde ultrasoniche per guidare la luce dentro e fuori il cervello per rilevare l'attività neurale. L'approccio di scrittura del team sfrutta la risposta non lineare dei neuroni ai campi elettrici per consentire la stimolazione localizzata di tipi cellulari specifici.
• Il team del laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University, sotto il principale investigatore Dr. David Blodgett, mira a sviluppare un sistema completamente non invasivo, sistema ottico coerente per la registrazione dal cervello. Il sistema misurerà direttamente i cambiamenti della lunghezza del percorso ottico nel tessuto neurale che sono correlati all'attività neurale.
• Il team PARC, sotto la guida dell'investigatore principale Dr. Krishnan Thyagarajan, mira a sviluppare un dispositivo acusto-magnetico completamente non invasivo per scrivere al cervello. Il loro approccio accoppia le onde ultrasoniche con i campi magnetici per generare correnti elettriche localizzate per la neuromodulazione. L'approccio ibrido offre il potenziale per una neuromodulazione localizzata più in profondità nel cervello.
• Il team della Rice University, sotto l'investigatore principale Dr. Jacob Robinson, mira a sviluppare un'attività minuziosamente invasiva, sistema bidirezionale per la registrazione e la scrittura nel cervello. Per la funzione di registrazione, l'interfaccia utilizzerà la tomografia ottica diffusa per inferire l'attività neurale misurando la diffusione della luce nel tessuto neurale. Per abilitare la funzione di scrittura, il team utilizzerà un approccio magnetogenetico per rendere i neuroni sensibili ai campi magnetici.
• Il team di Teledyne, sotto la guida dell'investigatore principale Dr. Patrick Connolly, mira a sviluppare un sistema completamente non invasivo, dispositivo integrato che utilizza magnetometri micro pompati otticamente per rilevare piccoli, campi magnetici localizzati correlati all'attività neurale. Il team utilizzerà gli ultrasuoni focalizzati per scrivere sui neuroni.

Durante tutto il programma, la ricerca trarrà vantaggio da approfondimenti forniti da esperti legali ed etici indipendenti che hanno accettato di fornire approfondimenti su N ³ progredire e considerare le potenziali future applicazioni militari e civili e le implicazioni della tecnologia. Inoltre, le autorità di regolamentazione federali stanno collaborando con la DARPA per aiutare i team a comprendere meglio l'autorizzazione all'uso umano man mano che la ricerca è in corso. Man mano che i lavori procedono, questi regolatori aiuteranno a guidare le strategie per la presentazione delle domande per le esenzioni sui dispositivi sperimentali e sui nuovi farmaci sperimentali per consentire la sperimentazione umana di N ³ sistemi durante l'ultima fase del programma quadriennale.

"Se N ³ ha successo, ci ritroveremo con sistemi di interfaccia neurale indossabili in grado di comunicare con il cervello da un raggio di pochi millimetri, spostare la neurotecnologia oltre la clinica e nell'uso pratico per la sicurezza nazionale, "Emondi ha detto. "Proprio come i membri del servizio indossano indumenti protettivi e tattici in preparazione di una missione, in futuro potrebbero indossare un auricolare contenente un'interfaccia neurale, usa la tecnologia come è necessaria, poi metti da parte lo strumento quando la missione è completata."