Warum bedeutet Optogenetik nicht, dass perfekte Gehirn-Computer-Schnittstellen möglich sind?

Im Internet kursieren mehrere Artikel und Videos , in denen behauptet wird, dass die Optogenetik es möglich gemacht hat, von einem Computer aus eine perfekte Eingabe/Ausgabe an das Gehirn zu erhalten. Dies ist offensichtlich falsch, oder jemand würde eine Menge Geld damit verdienen, dies zu verkaufen.

Folglich bin ich neugierig, warum dies falsch ist. Warum impliziert die Fähigkeit, zu feuern und die feuernden Informationen von einzelnen Neuronen abzulesen, nicht, dass eine nahtlose Mensch-Computer-Schnittstelle möglich ist? Ich vermute, dass dies etwas mit den Grenzen der Verarbeitungsleistung unseres Gehirns und den Grenzen der Neuroplastizität zu tun hat, aber meine Erfahrung in diesem Bereich ist begrenzt.

Wenn diese Frage zu weit gefasst ist (und ich denke, das ist sie), kann sie in eine Bitte um Referenzen umformuliert werden. Welche aktuellen Forschungen gibt es zu diesem Problem? Was sind die aktuellen Ansätze? Wer arbeitet daran? Gibt es Veröffentlichungen, die den Fortschritt in diesem (hypothetischen) Bereich gut beschreiben?

Ich bin keineswegs ein Experte für Optigenetik, aber ich habe mit der photolytischen Freilegung von Neurotransmittern in vivo gearbeitet . Wenn der Wired-Artikel sagt That is to say, they insert the new gene into every neuron in that area, indiscriminately. But because of the promoter, the gene will only turn on in one type of neuron. All the other neurons will ignore it., beziehen sie sich auf möglicherweise Dutzende bis Hunderte von Zellkörpern und Tausende von Durchgangsfasern (weiße Substanzbahnen) in diesem Kubikmillimeter.
Zu garantieren, dass Sie auf ein transfiziertes Neuron treffen und kein Licht in die umgebenden (transfizierten) Zellen gelangt, wäre eine ziemliche Leistung, und ich glaube nicht, dass das Feld für dieses Maß an Spezifität schon bereit ist. Es ist übrigens eine großartige Frage, nur um zu sagen, dass einiges davon wahrscheinlich mehr gehyped ist als alles, was derzeit tatsächlich möglich ist.
Fürs Protokoll, wir haben mit dieser Kombination aus Augen und Händen bereits eine ziemlich erstaunliche, evolutionär verfeinerte Gehirn-Computer-Schnittstelle am Laufen. Alles, was mit Hilfe der Optogenetik zusammengehackt wurde, würde sicherlich noch Tausende von Jahren zurückliegen, oder? Haftungsausschluss: Alles, was ich über Optogenetik weiß, habe ich aus einem einzigen Ted-Vortrag gelernt. Haftungsausschluss: Ich weiß, dass dies in keiner Weise hilfreich ist. Es tut uns leid.
Ihre ersten Sätze sind ungültig. Nur weil etwas möglich ist, heißt das noch lange nicht, dass es machbar ist. Es ist möglich , eine Autobahnbrücke von Europa in die USA zu bauen; es ist nicht machbar. Schlimmer noch, Wired hat die Absicherung "theoretisch" verwendet. Theoretische Möglichkeit ist noch schwächer, und sie haben sich am Ende mit "konkreter Möglichkeit" geirrt. Das ist viel schwieriger als eine Brücke nach Europa. Wir verstehen kaum, wie das Gehirn überhaupt funktioniert, und die Geometrie, Komplexität und Nanoskala des Gehirns übersteigt unsere derzeitige Kompetenz so sehr, dass es sogar Laien schwer fällt, es zu vermitteln. Schauen Sie in 200 Jahren noch einmal vorbei.

Antworten (1)

hat es möglich gemacht, von einem Computer aus eine perfekte Eingabe/Ausgabe an das Gehirn zu erhalten

Perfekt? Definitiv nicht: Die Komplexität der Optogenetik eines einzelnen Quadratmillimeters Kortex, sagen wir einer Maus, ist äußerst komplex. Wie Chuck erwähnt, können viele Neuronen/Synapsen durch einen einzigen LASER aktiviert werden, und aktuelle Technologien erlauben nur die gleichzeitige Verwendung einiger weniger unterschiedlicher LASER-Frequenzen. Für eine „perfekte Eingabe/Ausgabe“ kann man sich leicht ein System vorstellen, bei dem man Tausende verschiedener LASER benötigen würde, die mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten, um Tausende von Neuronen individuell zu steuern/zu lesen. ( Dieser Blogbeitrag von Mark Baxter ist eine schöne Zusammenfassung des Themas Hype um die Optogenetik.)

Darüber hinaus ignoriert diese Annahme vollständig Synapsen , Gliazellen, dendritische Äste usw., die für die Berechnung im Gehirn wichtig sein können und daher möglicherweise für jedes I/O-System berücksichtigt werden müssen.

Warum impliziert die Fähigkeit, zu feuern und die feuernden Informationen von einzelnen Neuronen abzulesen, nicht, dass eine nahtlose Mensch-Computer-Schnittstelle möglich ist?

Sie gehen davon aus, dass alles, was das Gehirn tut, in der Feuerrate einzelner Neuronen kodiert ist. Dies ist eine massive Annahme, der viele Beweise entgegenstehen. Zum Beispiel gibt es Hinweise darauf, dass das visuelle System keine Zeit hat, Informationen in Schussraten zu kodieren, und es wird postuliert, dass die „Zeit bis zur ersten Spitze“ in diesem Bereich wichtig ist ( der erste Absatz der Einleitung enthält eine schöne Zusammenfassung der Begründung/Beweise hinter dieser Hypothese). Darüber hinaus sind Feuerraten, wie ich oben erwähnt habe, ein extrem kleiner Teil des Gehirns und nur eine von vielen verschiedenen Möglichkeiten, wie das Gehirn Informationen kodieren/dekodieren kann (wir wissen nicht welche, siehe Abschnitte 1.5, 1.6 und 1.7 für verschiedene Methoden das Gehirn beschäftigen kann).

Ein Punkt, der mir zum Schluss einfällt, der die Optogenetik derzeit einschränkt, ist die „Tiefe“. Lichtdurchlässigkeit fällt schnell durch neurales Gewebe ab : reduziert um 50 % nach 100 μ m und um 90 % nach 1 mm. Wenn man ein mit einem Computer verbundenes Ein-/Ausgabesystem haben wollte, um einen Teil eines Gehirns 1 cm unter der Oberfläche zu steuern/zu lesen, müsste man (derzeit) das Nervengewebe auf dem Weg herausschneiden – das ist ein großes Problem!

(Bearbeitet mit einigen Referenzen.)

Haben Sie von der Radiogenetik gehört und haben Sie eine Meinung zu ihrem Potenzial, ein Nachfolger der Optogenetik zu werden? Die Möglichkeit, für Präzisionsaufzeichnungen aus der Ferne auf Neuronen zuzugreifen, scheint ein großer erster Schritt in Richtung Perfektion zu sein. Natürlich sollte „Perfektion jedoch nicht der Feind des Guten sein“, wenn man bedenkt, dass alle Werte aus dem Gehirn stammen.
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