DARPA heeft financiering toegekend aan zes organisaties ter ondersteuning van de Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (N ³ ) programma, voor het eerst aangekondigd in maart 2018. Battelle Memorial Institute, Carnegie Mellon Universiteit, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Palo Alto Onderzoekscentrum (PARC), Rijst Universiteit, en Teledyne Scientific leiden multidisciplinaire teams om hoge resolutie, bidirectionele brein-machine-interfaces voor gebruik door valide serviceleden. Deze draagbare interfaces kunnen uiteindelijk diverse nationale veiligheidstoepassingen mogelijk maken, zoals de controle van actieve cyberdefensiesystemen en zwermen onbemande luchtvaartuigen, of samenwerken met computersystemen om te multitasken tijdens complexe missies.

"DARPA bereidt zich voor op een toekomst waarin een combinatie van onbemande systemen, kunstmatige intelligentie, en cyberoperaties kunnen conflicten veroorzaken op tijdlijnen die te kort zijn voor mensen om effectief te beheren met alleen de huidige technologie, " zei Al Emondi, dan ³ programma manager. "Door een toegankelijker brein-machine-interface te creëren waarvoor geen operatie nodig is, DARPA zou tools kunnen leveren waarmee missiecommandanten zinvol betrokken kunnen blijven bij dynamische operaties die zich met hoge snelheid ontvouwen."

In de afgelopen 18 jaar, DARPA heeft steeds geavanceerdere neurotechnologieën aangetoond die afhankelijk zijn van chirurgisch geïmplanteerde elektroden om te communiceren met het centrale of perifere zenuwstelsel. Het bureau heeft prestaties aangetoond zoals neurale controle van prothetische ledematen en herstel van de tastzin voor de gebruikers van die ledematen, verlichting van anders hardnekkige neuropsychiatrische ziekten zoals depressie, en verbetering van geheugenvorming en terugroepen. Vanwege de inherente risico's van chirurgie, deze technologieën zijn tot nu toe beperkt tot gebruik door vrijwilligers met klinische behoefte.

Voor de voornamelijk valide bevolking van het leger om te profiteren van neurotechnologie, niet-chirurgische interfaces zijn vereist. Nog, in feite, vergelijkbare technologie kan ook veel voordelen opleveren voor klinische populaties. Door de noodzaak van een operatie weg te nemen, N ³ systemen proberen de groep patiënten uit te breiden die toegang hebben tot behandelingen zoals diepe hersenstimulatie om neurologische ziekten te behandelen.

Dan ³ teams volgen een reeks benaderingen die gebruik maken van optica, akoestiek, en elektromagnetisme om neurale activiteit vast te leggen en/of signalen met hoge snelheid en resolutie terug te sturen naar de hersenen. Het onderzoek is verdeeld over twee sporen. Teams streven naar volledig niet-invasieve interfaces die volledig buiten het lichaam zijn, of minutieus invasieve interfacesystemen die nanotransducers bevatten die tijdelijk en niet-chirurgisch in de hersenen kunnen worden afgeleverd om de signaalresolutie te verbeteren.

• Het Battelle-team, onder hoofdonderzoeker Dr. Gaurav Sharma, heeft tot doel een minutieus invasief interfacesysteem te ontwikkelen dat een externe transceiver koppelt aan elektromagnetische nanotransducers die niet-chirurgisch worden afgeleverd aan neuronen van belang. De nanotransducers zouden elektrische signalen van de neuronen omzetten in magnetische signalen die kunnen worden opgenomen en verwerkt door de externe transceiver, en vice versa, om bidirectionele communicatie mogelijk te maken.
• Het Carnegie Mellon University-team, onder hoofdonderzoeker Dr. Pulkit Grover, heeft tot doel een volledig niet-invasief apparaat te ontwikkelen dat een akoesto-optische benadering gebruikt om vanuit de hersenen op te nemen en interfererende elektrische velden om naar specifieke neuronen te schrijven. Het team zal ultrasone golven gebruiken om licht in en uit de hersenen te leiden om neurale activiteit te detecteren. De schrijfbenadering van het team maakt gebruik van de niet-lineaire respons van neuronen op elektrische velden om gelokaliseerde stimulatie van specifieke celtypen mogelijk te maken.
• Het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory-team, onder hoofdonderzoeker Dr. David Blodgett, streeft naar de ontwikkeling van een volledig niet-invasieve, coherent optisch systeem voor opname vanuit de hersenen. Het systeem zal direct optische padlengteveranderingen in neuraal weefsel meten die correleren met neurale activiteit.
• Het PARC-team, onder hoofdonderzoeker Dr. Krishnan Thyagarajan, heeft tot doel een volledig niet-invasief akoestisch-magnetisch apparaat te ontwikkelen om naar de hersenen te schrijven. Hun aanpak combineert ultrasone golven met magnetische velden om gelokaliseerde elektrische stromen te genereren voor neuromodulatie. De hybride benadering biedt het potentieel voor gelokaliseerde neuromodulatie dieper in de hersenen.
• Het Rice University-team, onder hoofdonderzoeker Dr. Jacob Robinson, streeft naar de ontwikkeling van een minutieus invasieve, bidirectioneel systeem voor het opnemen van en schrijven naar de hersenen. Voor de opnamefunctie de interface zal diffuse optische tomografie gebruiken om neurale activiteit af te leiden door lichtverstrooiing in neuraal weefsel te meten. Om de schrijffunctie in te schakelen, het team zal een magneto-genetische benadering gebruiken om neuronen gevoelig te maken voor magnetische velden.
• Het Teledyne-team, onder hoofdonderzoeker Dr. Patrick Connolly, streeft naar de ontwikkeling van een volledig niet-invasieve, geïntegreerd apparaat dat micro-optisch gepompte magnetometers gebruikt om kleine, gelokaliseerde magnetische velden die correleren met neurale activiteit. Het team zal gerichte echografie gebruiken om naar neuronen te schrijven.

Gedurende het hele programma, het onderzoek zal profiteren van inzichten van onafhankelijke juridische en ethische experts die ermee hebben ingestemd om inzichten te verschaffen over N ³ vooruitgang te boeken en mogelijke toekomstige militaire en civiele toepassingen en implicaties van de technologie te overwegen. Aanvullend, federale regelgevers werken samen met DARPA om de teams te helpen de toestemming voor menselijk gebruik beter te begrijpen naarmate het onderzoek vordert. Naarmate het werk vordert, deze regelgevers zullen helpen bij het begeleiden van strategieën voor het indienen van aanvragen voor vrijstellingen voor onderzoeksapparatuur en nieuwe geneesmiddelen voor onderzoek om menselijke proeven met N mogelijk te maken ³ systemen tijdens de laatste fase van het vierjarige programma.

"Als nee ³ is succesvol, we zullen eindigen met draagbare neurale interfacesystemen die met de hersenen kunnen communiceren vanaf een bereik van slechts enkele millimeters, het verplaatsen van neurotechnologie buiten de kliniek en in praktisch gebruik voor de nationale veiligheid, "Zei Emondi. "Net zoals militairen beschermende en tactische uitrusting aantrekken ter voorbereiding op een missie, in de toekomst kunnen ze een headset opzetten met een neurale interface, gebruik de technologie zoals het nodig is, leg het gereedschap dan opzij als de missie is voltooid."