DARPA har beviljat medel till sex organisationer för att stödja nästa generations icke-kirurgiska neuroteknologi (N ³ ) program, tillkännagavs först i mars 2018. Battelle Memorial Institute, Carnegie Mellon University, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Palo Alto Research Center (PARC), Rice University, och Teledyne Scientific leder multidisciplinära team för att utveckla högupplösta, dubbelriktade hjärn-maskin-gränssnitt för användning av arbetsföra tjänstemedlemmar. Dessa bärbara gränssnitt kan i slutändan möjliggöra olika nationella säkerhetsapplikationer som kontroll av aktiva cyberförsvarssystem och svärmar av obemannade flygfarkoster, eller samarbeta med datorsystem för att multitaska under komplexa uppdrag.

"DARPA förbereder sig för en framtid där en kombination av obemannade system, artificiell intelligens, och cyberoperationer kan leda till att konflikter utspelar sig på tidslinjer som är för korta för att människor ska kunna hantera enbart med nuvarande teknik, sa Al Emondi, det N ³ programansvarig. "Genom att skapa ett mer tillgängligt hjärn-maskin-gränssnitt som inte kräver kirurgi för att använda, DARPA skulle kunna leverera verktyg som gör det möjligt för uppdragsbefälhavare att förbli meningsfullt involverade i dynamiska operationer som utvecklas i snabb hastighet."

Under de senaste 18 åren, DARPA har visat allt mer sofistikerad neuroteknik som är beroende av kirurgiskt implanterade elektroder för att samverka med det centrala eller perifera nervsystemet. Byrån har visat framgångar som neural kontroll av protesproteser och återställande av känselförnimmelsen för användarna av dessa lemmar, lindring av annars svårlösta neuropsykiatriska sjukdomar som depression, och förbättring av minnesbildning och återkallande. På grund av de inneboende riskerna med operation, dessa teknologier har hittills varit begränsade till att användas av frivilliga med kliniska behov.

För att militärens främst arbetsföra befolkning ska dra nytta av neuroteknik, icke-kirurgiska gränssnitt krävs. Än, faktiskt, liknande teknik skulle också kunna gynna kliniska populationer. Genom att ta bort behovet av operation, N ³ System strävar efter att utöka poolen av patienter som kan få tillgång till behandlingar som djup hjärnstimulering för att hantera neurologiska sjukdomar.

N ³ team följer en rad olika metoder som använder optik, akustik, och elektromagnetik för att registrera neural aktivitet och/eller skicka signaler tillbaka till hjärnan med hög hastighet och upplösning. Forskningen är uppdelad på två spår. Teamen eftersträvar antingen helt icke-invasiva gränssnitt som är helt externa för kroppen eller minutiöst invasiva gränssnittssystem som inkluderar nanotransduktorer som tillfälligt och icke-kirurgiskt kan levereras till hjärnan för att förbättra signalupplösningen.

• Battelle-teamet, under huvudutredaren Dr. Gaurav Sharma, syftar till att utveckla ett minutiöst invasivt gränssnittssystem som parar ihop en extern transceiver med elektromagnetiska nanotransduktorer som icke-kirurgiskt levereras till neuroner av intresse. Nanotransduktorerna skulle omvandla elektriska signaler från neuronerna till magnetiska signaler som kan spelas in och bearbetas av den externa transceivern, och vice versa, för att möjliggöra dubbelriktad kommunikation.
• Teamet från Carnegie Mellon University, under huvudutredaren Dr. Pulkit Grover, syftar till att utveckla en helt icke-invasiv enhet som använder en akusto-optisk metod för att spela in från hjärnan och störande elektriska fält för att skriva till specifika neuroner. Teamet kommer att använda ultraljudsvågor för att leda ljus in i och ut ur hjärnan för att upptäcka neural aktivitet. Teamets skrivmetod utnyttjar det icke-linjära svaret från neuroner på elektriska fält för att möjliggöra lokaliserad stimulering av specifika celltyper.
• Teamet för Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, under chefsutredaren Dr. David Blodgett, syftar till att utveckla en helt icke-invasiv, koherent optiskt system för inspelning från hjärnan. Systemet kommer att direkt mäta optiska banlängdsförändringar i neural vävnad som korrelerar med neural aktivitet.
• PARC-teamet, under huvudutredaren Dr. Krishnan Thyagarajan, syftar till att utveckla en helt icke-invasiv akustomagnetisk enhet för att skriva till hjärnan. Deras tillvägagångssätt parar ultraljudsvågor med magnetfält för att generera lokala elektriska strömmar för neuromodulering. Hybridmetoden erbjuder potential för lokaliserad neuromodulering djupare i hjärnan.
• Rice University-teamet, under huvudutredaren Dr. Jacob Robinson, syftar till att utveckla en minutiöst invasiv, dubbelriktat system för inspelning från och skrivning till hjärnan. För inspelningsfunktionen, gränssnittet kommer att använda diffus optisk tomografi för att härleda neural aktivitet genom att mäta ljusspridning i neural vävnad. För att aktivera skrivfunktionen, teamet kommer att använda en magnetogenetisk metod för att göra nervceller känsliga för magnetfält.
• Teledyne-teamet, under chefsutredaren Dr. Patrick Connolly, syftar till att utveckla en helt icke-invasiv, integrerad enhet som använder mikrooptiskt pumpade magnetometrar för att upptäcka små, lokaliserade magnetfält som korrelerar med neural aktivitet. Teamet kommer att använda fokuserat ultraljud för att skriva till neuroner.

Under hela programmet, forskningen kommer att dra nytta av insikter från oberoende juridiska och etiska experter som har gått med på att ge insikter om N ³ framsteg och överväga potentiella framtida militära och civila tillämpningar och implikationer av tekniken. Dessutom, federala tillsynsmyndigheter samarbetar med DARPA för att hjälpa teamen att bättre förstå godkännandet av mänsklig användning när forskningen pågår. Allt eftersom arbetet fortskrider, dessa tillsynsmyndigheter kommer att hjälpa till att vägleda strategier för att lämna in ansökningar om undantag för undersökningsanordningar och nya undersökningsläkemedel för att möjliggöra prövningar av N ³ system under den sista fasen av det fyraåriga programmet.

"Om N ³ är framgångsrik, vi kommer att sluta med bärbara neurala gränssnittssystem som kan kommunicera med hjärnan från en räckvidd på bara några millimeter, flytta neuroteknik bortom kliniken och till praktisk användning för nationell säkerhet, ", sa Emondi. "Precis som servicemedlemmar tog på sig skyddande och taktisk utrustning som förberedelse för ett uppdrag, i framtiden kanske de sätter på sig ett headset som innehåller ett neuralt gränssnitt, använd tekniken hur den än behövs, lägg sedan verktyget åt sidan när uppdraget är klart."