Pentagons FoU-arm, DARPA - selve drivkraften bak Internett og GPS - reformerte seg selv for tre år siden for å skape et nytt kontor dedikert til å løse biologiens handelshemmeligheter. Det nye biologiske teknologikontoret (BTO) har satt seg som oppgave å "utnytte kraften til biologiske systemer" og selvfølgelig å utvikle nye forsvarsteknologier. I løpet av det siste året, med et budsjett på nesten $ 300 millioner, har han undersøkt problemene med å forbedre hukommelse, symbiose mellom maskiner og mennesker, og akselerere sykdomsdeteksjon og respons.
DARPA, eller Defense Advanced Research Projects Agency, håper på en enorm utbytte. BTO-direktør og nevroproteseforsker Justin Sanchez fortalte Scientific American hva han kunne forvente av sin avdeling i 2017, inkludert arbeid med nevrale implantater for å hjelpe friske mennesker i deres daglige liv og annen teknologi som han sier vil "endre spillereglene." medisin. Lurer du på hva det nyeste kontoret til US Defense Agency holder på med? Ja, for meg. La oss høre på Sanchez.
Før avdelingen din ble opprettet i april 2014, jobbet DARPA allerede med flere biologiske prosjekter, inkludert antibiotikaresistensforskning og mental helseintervensjoner. Hva har endret seg med opprettelsen av kontoret ditt?
Vi har gjort biologisk arbeid - i skjæringspunktet mellom biologi og ingeniørarbeid - i mange år, men det har vært spredt over våre andre avdelinger. Dette kontoret var en erkjennelse av at biologisk teknologi kom til å spille en kritisk rolle ikke bare i retning av bevegelse av vårt land, men også andre land, så vi trengte å fokusere en altomfattende innsats og gå videre.
Jeg er spesielt fascinert av den robuste BTO for å utvikle programmerbare mikrober for å produsere de nødvendige medikamentene på farten - og derved omgå problemene med lagring av nødvendige medisiner eller kompleks transportlogistikk. Høres fantastisk ut. På hvilket stadium er dette arbeidet nå?
Dette programmet kalles "levende støperier" - som om vi skal kaste noe levende. Tradisjonelt bruker vi kjemi for å lage nye forbindelser eller nye medisiner. Men i det siste har vi innsett at mikrober som gjær og bakterier også kan lage forbindelser, og vi kan programmere dem til å lage disse forbindelsene ved først å forstå hvilke kjemiske veier de bruker. Ta for eksempel gjær. Gjær bruker sukker på en rekke måter for å lage alkoholer. Hvis du omprogrammerer disse sporene, kan du tvinge gjæren til å lage mange andre forbindelser som de i utgangspunktet ikke visste hvordan de skulle produsere, og vi vil fortsatt bruke det samme råmaterialet: sukker.
Teamene våre utvikler genetiske koder som kan brukes til å omprogrammere gjær. Denne ideen kan snu vår sammensatte produksjonsprosess. Programmet har til oppgave å produsere 1000 nye molekyler i løpet av programmet (som er tre år unna), og teamene våre gjør det bra. Jeg tror de allerede har produsert omtrent 100 nye forbindelser som er produsert av gjær. Det er som å ta biologi og gifte seg med tekniske verktøy og deretter lage noe med dem.
Så er du helt i begynnelsen av banen for å opprette forbindelser?
Kampanjevideo:
Ja. De produseres alle i milligram, men til slutt vil programmet begynne å produsere kilo av dem.
Hvis vi kan lage disse splitter nye sammensatte støperiene, kan vi snu både legemiddelproduksjon og ikke-medisinske tilnærminger, fordi dette er en plattform. Uansett hvilken forbindelse du er interessert i, er det mange muligheter.
Hvordan vil valget av en ny president og den republikanske kongressen påvirke arbeidet ditt?
Vi blir vanligvis ikke fanget av slike ting. DARPAs oppdrag forblir uendret uavhengig av det politiske klimaet. Vårt oppdrag er å skape forstyrrende teknologier for nasjonal sikkerhet. Det er vår jobb og rolle å tenke foran verden om vitenskap og teknologi. Jeg tror dette oppdraget går utover det politiske landskapet. Vi har et veldig strengt oppdrag og vi prøver å sikre landet vårt, så denne valgsyklusen er bare en av mange.
Hvilket BTO-prosjekt beundrer du mest i 2017?
Det er som med barn - du kan ikke ha ett kjæledyr. Jeg har mange favoritter. La meg dele noen som vil være spesielt viktige i 2017. For det første er det et område som kalles "fremrykkende smittsomme sykdommer". Vår nåværende tilnærming, når et nytt patogen kommer til våre bredder, er ikke veldig effektiv. Vi ønsker å være et skritt foran ethvert patogen som kan dukke opp utenfor kysten og til og med være i stand til å forutsi en pandemi. Vi utvikler nye tilnærminger til immunisering ved hjelp av DNA og RNA. Spesielt tenker vi på hvordan nukleinsyre hjelper til med vaksinering. Tanken er at du kan be cellene dine om å produsere antistoffer med riktig kode som vil være effektiv mot et bestemt patogen. Alt kommer ned tilå lære celler å reagere på et patogen - og dette vil åpne opp for oss nesten øyeblikkelig immunitet mot et bestemt patogen og evnen til å bekjempe det på lik linje.
I motsetning til den tradisjonelle måten å håndtere smittsomme sykdommer på, som tar måneder - om ikke år - inkludert ikke bare å identifisere patogenet, men også å lage en vaksine i tilstrekkelige mengder, kan denne metoden være mye raskere. En radikal tilnærming er nødvendig i etableringen av denne grunnleggende teknologien, i anvendelsen av DNA- og RNA-tilnærminger i kampen mot smittsomme sykdommer. Jeg håper vi vil ha noe å kunngjøre i 2017.
Hva for eksempel å erklære?
Vi har allerede hatt noen ganske gode resultater i eksperimenter på mus, som har vist at nukleinsyretilnærminger fungerer bra. Vi begynner å gjøre trygge eksperimenter på mennesker. Dette er de første trinnene. I det kommende året vil vi begynne å lage nye programmer for disse plattformene. Vi har ikke travelt med å komme med uttalelser, for hvis vi lykkes, vil det fundamentalt endre prinsippet om å bekjempe smittsomme utsagn.
I løpet av de siste årene har det vært mye sus rundt tankekontrollerte proteser og eksoskelett. Hvordan passer BTO DARPA inn i dette rommet?
Vi brenner ganske mye for dette området. Vi leverte nylig de to første kommersielt tilgjengelige Luke-protesene, de mest avanserte protesene i verden. Dette er et stort skritt i hjernestyrte proteser, men vi skal ikke stoppe der.
Jeg tror det i fremtiden vil være et bredt utvalg av enheter som kan styres av aktiviteten til nevroner, og dette kan ikke bare gjøres av ofre, men også av vanlige mennesker. Vi vil be om bruk av nevral teknologi i hverdagen allerede i 2017.
Faktisk? Hva slags applikasjoner kan sunne mennesker bruke i sitt daglige liv?
Jeg er veldig interessert i hvordan nevral teknologi kan endre hvordan vi kommuniserer med hverandre, hvordan vi kommuniserer og til og med tar beslutninger. Jeg tenker på kognitiv assistanse. Det er mange ideer om hvordan du kan hjelpe en rekke mennesker. Døren kunne bare åpnes ved tanken på det - og dette er bare den enkleste anvendelsen av slike teknologier.
Nylig gjennomførte DARPA en studie som ble publisert i tidsskriftet Neuron, og undersøkte at dyp hjernestimulering ikke forbedret hukommelsen - og til og med gjorde det verre. Men en tidligere studie fra noen få år siden hadde den motsatte konklusjonen: stimulering forbedret hukommelsen. Hva betyr dette for avdelingens arbeid på dette området?
Nevroteknologi er et veldig stort område på kontoret vårt. Vi har gjort store fremskritt innen det medisinske feltet ved å vise at direkte nevrale grensesnitt (forbindelser mellom hjernen og en enhet som en neurostimulator, datamaskin eller protese) kan gjenopprette bevegelse, følelse og helse med nevropsykiatriske lidelser. Bemerkelsesverdig, med all respekt for mange studier, tror mange at det er mulig å isolere et viktig område av hjernen, stimulere det og magisk få svar. Men dette er ikke tilfelle. Når du kartlegger det som skjer i hjernen, viser det seg at hvis du ikke sender de riktige kodene til hjernen, vil du ikke få en forbedring i hukommelsen og kan til og med forverre den. Men trikset er at hvis du sender inn de riktige kodene, vil du få betydelige forbedringer i deklarativt minne. Så dette er et tveegget sverd. Mer forskning er nødvendig i neste generasjon hjerneforskning.
Kan du forklare hva du mener med "kode"?
Kode er et par ting. Dette er den presise avfyringen av individuelle nevroner. La oss si at du har 100 nevroner, og de skyter alle sammen til forskjellige tider forskjellige steder - og alle disse av og på kan tolkes som å prøve å huske ordet "Nancy" eller "tre". Vi kan forstå hva disse aktiveringsmønstrene betyr og hvordan de forholder seg til den virkelige verden. Alle disse nevrale aktiveringskretsene produserer sammen hjernebølger eller rytmer, og på dette nivået studerer vi også hjernen. Det er viktig å forstå alle disse forskjellige hjernecellene, fordi det er slik det fungerer.
Avdelingen din har også et “biokronicity” -program som utforsker tidens rolle i biologiske funksjoner og prøver å håndtere tidens effekter på menneskelig fysiologi
Vi taper så mye fordi vi ikke forstår biologi. Jeg tror vår forståelse av biologi vokser mye. Og vår evne til å samhandle med biologi ved hjelp av tekniske metoder vil endre vårt forhold til kropp, hjerne og immunsystem. Jeg tror vi får en fantastisk fremtid. 2017 vil blåse hjernen vår ut.
ILYA KHEL
