Thought-Operated数字随机访问存储器

文摘

生物记忆的容量和可靠性可以通过不断增长的流量超过了记忆和操作的信息。然而,我们的记忆是脆弱的,很容易受损,和记忆障碍的患病率增加相关性与人口的平均年龄。正如所料,辅助存储设备(如信纸和电脑)丰富,但间接使用重要的努力与生物内存操作。我们报告一个简化的工作原型,4 KB随机存取存储器(RAM),可以写入或读取使用思想和可以无缝地嵌入超过其他人工记忆艾滋病。系统分析EEG信号中提取的注意力水平,训练科目可以使用它来编写消息到一个RFID标签,或从中读取显示。我们描述使用内存的基本模式由单一主题,模仿社会通信使用这个系统的常见形式,并突出显示新形式的社会使用和分配都与特定的人的记忆。这初步模型强调了技术可行性和植入式thought-operated内存设备的可能性和可能进一步开发提供无缝的援助患有记忆障碍的人在不久的将来。

1。介绍

我们存储和检索信息的能力是学习的关键,社会互动和经验,因此对我们的生存1]。然而,它也是一个脆弱的教员和可能会损坏或丢失相对容易。记忆障碍和痴呆,标志的医疗条件从轻度认知障碍(MCI)阿尔茨海默病(AD)是一个重要的问题是稳步增长2- - - - - -4),治疗是极其有限和不足5]。我们创建短期或长期记忆的能力可以通过头部外伤严重受损,梗塞,疾病,甚至某些药物的副作用6]。

另一方面,生物记忆可以通过简单的辅助手段如外部文档,例如,通过写作和录音。然而,两个挑战可以预期。首先,我们遇到的信息量需要正确地记住不断增加,例如,个人的数量,我们需要保持直接接触。过度的信息流动可能会阻碍的任务间接记录这些信息。第二,辅助存储设备如笔记本电脑或手机很容易丢失,被盗,或损坏,因此有限的可靠性。信息可以存储在一个数据库访问无处不在,如一片云,但这访问需要网络连接,这在很大程度上仍然是有限的和不连续。

因此我们可以想象一个辅助存储设备直接,为了让无缝的文档和信息的检索,和有能力能够嵌入或植入,以减少内存存储的随机损失的机会。这样的辅助记忆可以在平行于我们的母语能力记住函数作为备份或破损安全系统,在需要的时候采取行动。

相比其他研究人工内存设备显示原型像植入硅片在伯格等人的作品。7]这是植入老鼠和猴子,可以处理信息类似于实际的神经元。这个芯片不存储数据,但可以作为假肢在海马体受损部分。另一个外科植入物用于听力障碍患者人工耳蜗与电动装置提供一种声音刺激听觉神经(8]。这个设备不存储或共享数据,但用于将声波转换成电刺激神经。另一项研究是由Sum-Gyun易等人伪造MoS2-based闪存设备由叠加二硫化钼和六角氮化硼(hBN)层hBN /非盟衬底和证明,这些设备可以模拟各种生物突触功能,包括增强作用和抑郁过程,spike-rate-dependent可塑性,spike-timing依赖性可塑性(9]。这种伪造记忆模仿大脑突触在一个特定的工作。这些研究代表各种植入研究领域的有关内存或神经植入物的能力。都是入侵,不存储或共享数据。

另一个时代的研究涉及心理学如何工作或文化历史上创造了集体记忆。这些研究认为对人类一起工作的能力和使用语言的意思是合作(10,11]。这些研究理论和没有实现,但显示我们如何,作为人类,协作和创造更多的通过使用这种能力。

建立互联网,云的数据,和物联网(物联网)疯狂地增强我们的沟通能力和大规模存储和检索数据,而穿着通信设备来监控,商店,和通过互联网发送和设备之间的数据12,13]。需要帮助记忆障碍和物联网开放存储记忆的能力创造新方法和与他人分享从而帮助提高人类的能力。

在这项研究中,我们的目标是用一个新的和初步的人工记忆的原型。

本研究的目的是概述,说明这种内存设备的工作原型。为此,我们使用简单的组件连接如图1(一)。商用耳机被用来从人体获取EEG信号,和另外一个算法用于提取的注意力水平表现出了每一个主题(如前所述)(14]。控制器实时记录和分析数据,和沟通的“记忆”基于一个简单的射频识别标签,这是卡在这个问题上的脖子(图1 (b))。基于他们的注意力,控制器进行了四种功能:没有,写0,写1,或者阅读。在这个演示,控制器是计算机与RFID标签通信的能力,写作部分,并显示其内容,例如,简单的文本。系统已经实现使用商用Arduino部分,或一个标准的笔记本电脑。

有几种类型的RFID标签(15),即被动、主动和半主动。在我们的实验中,我们使用一个被动的贴纸,可以只有一个附近的电场激活和沟通。此外,有不同的标签和近场通信(NFC)的协议。在这里,我们使用一种MIFARE Classic ISO / IEC 14443标准使4 KB内存分为16个部门。每一个部门拥有4块的内存32个十六进制数字。每个部门持有的第一块6位安全关键(16⁶选项),防止对数据的访问,防止读写如果它是不正确的,提供的安全层之间的通信控制器和内存(16]。

此外,有不同类型的射频识别频率,低频率125/134.2 kHz是有用的30厘米,可以创建安全距离;但是,它不太适合更远的距离。868/959 MHz (UHF)或2400 MHz频率可以给更长的距离的能力(3 - 100)17]。在我们的实验中,我们使用13.56 MHz射频识别电路,支持通信高达1米。

2。方法

2.1。主题

在这项研究中,9个科目(18-43岁5女性,4人,平均年龄为31.7±10.9年,σ²118.27)招募了。我们选择控制注意力水平,因为它是一个参数,在脑电图研究和测试数据和已经用于其他作品。已经有一些硬件和应用程序以不同的方式使用它像电脑游戏或研究[14,18,19]。四个范围的原因是创建不同的字母和模式语言之间两个数字(0/1)和不同的阅读,写作,和任何请求,解释图1。首先,每个主题进行了短(平均∼15分钟)阶段的系统的训练,直到他们能够实现特定的注意四层之一。这些级别定义基于0 - 100%的注意力,并且每个被用于一个特定的函数代码:0 - 29%从内存中读取,30 - 59%的基线之间“不采取行动”,不同的阅读和写作,60 - 79%“0”写入内存,和80 - 100%写“1”的记忆。每个主题被允许实现她/他自己的速度切换注意力水平,平均3.5±1.2年代花在每个级别的训练阶段。注意力水平定义天平的两端通过被动活动和经历一个困难的数学问题(如前所述)(14,18,19]。在测试阶段,受试者被要求读或写0/1,实现上述期望水平的关注。综述了研究设计和巴伊兰大学的机构审查委员会批准。所有的方法都是按照指导方针和有关规定执行。从所有受试者之前获得知情同意参与这项研究。

2.2。硬件和软件

使用Neurosky脑电图数据获得Mindwave移动+工具包耳机提供raw-sampled波值(128 Hz或512 Hz,取决于硬件),信号质量量度,eSense注意计值(0 - 100),和脑电图波段功率值δθ,α,β和γ。

脑电图信号取自neurosky移动算法分析。注意表算法(女猎手)表明精神“焦点”或“注意力的强度。“范围从0到100的值。注意力水平增加当用户关注一个想法或一个外部对象时,减少分心。用户可以使用算法观察他们集中注意力的能力。在教育环境中,注意课程计划可以被跟踪,以估量它们所起到的效果吸引学生。在游戏中,注意力已经被用于创建“推”控制虚拟物体。

eSense注意仪表显示用户的心理水平的强度“焦点”或“关注,”如发生在激烈的浓度和导演(但稳定)的心理活动。其范围从0到100的价值。干扰,流浪的思想,缺乏重点,或焦虑可能会降低注意力计水平。为每一个不同类型的eSense(即。,一个ttention and Meditation), the meter value is reported on a relative eSense scale of 1 to 100. On this scale, a value between 40 and 60 at any given moment in time is considered “neutral” and is similar in notion to “baselines” that are established in conventional brainwave measurement techniques (though the method for determining a ThinkGear baseline is proprietary and may differ from other methods). A value from 60 to 80 is considered “slightly elevated” and may be interpreted as levels tending to be higher than normal (levels of Attention or Meditation that may be higher than normal for a given person). Values from 80 to 100 are considered “elevated,” meaning they are strongly indicative of heightened levels of that eSense. Similarly, on the other end of the scale, a value between 20 and 40 indicates “reduced” levels of the eSense, while a value between 1 and 20 indicates “strongly lowered” levels of the eSense. These levels may indicate states of distraction, agitation, or abnormality, according to the opposite of each eSense [20.]。

通过蓝牙信号广播控制器进行处理和分类。我们使用了一个Arduino Uno设备连接到BlueSMiRF银蓝牙天线,这翻译mindwave手机耳机的信号设备使用另外一个代码。处理和分类的信号,一个额外的代码编写使用Arduino语言(基于C / c++)。基本程序处理注意信号,决定了水平进行分类。一个NFC(近场通信技术)读/写天线罩(13.56 MHz频带)是连接到控制器。一个非接触式读卡器经典RFID标签使用4 KB内存存储是用于存储数据写或阅读时广播数据。Arduino和近场通信天线盾牌被连接到一个戴尔i5 - 4200 u (2.3 GHz / 4 GB RAM) windows 7操作系统的笔记本电脑作为显示器。

3所示。结果

大多数受试者能够达到预期的水平的关注能够进行阅读和写作任务和可再生的方式(图0/12(一个))。主题通常回到基线后1或2写作行为(无论是写0或写1)和保持最多3写作行为没有回到基线(图2 (b))。之间的转换注意力水平的分析显示,所有受试者之间迅速切换的能力水平,实现速度高达每秒∼80%,但这些转换成为随时间慢(图2 (c)),最终到达5%的最大速度每秒60秒后写在内存中。有趣的是,能够维持转换效率不与时代主题,本研究假设处于初期阶段,加强培训主题的作用性能(图2 (d))。只有25%的消息是没有错误的部分,大多数信息有1错误(图2 (e))。没有偏见的一个特定的错误比特(0或1)被发现尽管注意力水平的不平等分配不同的碎片。

我们使用了系统调查社会个体之间的交流的可能性,由写作从邻近的记忆和阅读。沟通的社会交往提供了一个普遍的框架(例如,社交网络通过移动设备访问),我们旨在模拟使用我们的系统。我们的基本目的是表明,该系统不仅支持常见的社交网络模式,但也允许使用内存的新概念。

在第一系列测试上面所描述的那样,这个设备的基本操作方式进行了研究:主题写一个(同一件事)→(图读取3(一个))。随后,两个主题(一般称为鲍勃和玛丽)使用了系统从鲍勃和玛丽写一个消息,让鲍勃写信给玛丽的记忆和玛丽阅读从她的记忆(图3 (b)),模仿“读心术”,让鲍勃写他自己的记忆和玛丽阅读从鲍勃的内存(图3 (c))。这些测试和讨论处理不仅强调这项工作的潜力来存储和检索自记忆对象之间的数据但为了分享记忆。鲍勃读和写自己的记忆是一个自记忆方法。玛丽阅读从鲍勃的鲍勃的记忆使内存共享内存来玛丽。

其他系统可以支持的模式,虽然这里没有调查,共享对象(图之间的回忆3 (d)),或者从一个人到一个公共(图3 (e)),两种模式中启用今天典型的社交网络,但是系统还支持另一个人的记忆的外包(图3 (e)),它不是一个标准的社交模式。进一步设计正在测试在我们的实验室,实现不同的隔间,另可访问授权的个人的记忆有关,外包支持私人信息分配内存。

虽然在这个系统任意定义的规范(如注意力水平,免费的速度和持续时间之间的操作),理论上可以在其他类似的测量配置。然而,一些原则实现了在这个特殊的设计。首先,注意水平几乎是均匀分布在完整的规模。第二,写作行为是聚集在一起,使它们之间的快速转换。第三,写作和阅读行为是由基线范围。我们的研究结果表明,第一和第三个原则是重要的实现再现性和流动的写作不间断通过阅读,但第二个原则是在确保成功写作没有打断了基线阶段。

4所示。讨论

这里描述的原型是非常初步的,它是出于无缝嵌入内存本身没有无缝。然而,这是一个技术障碍是解决,或在某些情况下已成功解决。这里使用射频识别电路,比如一个完全植入(15,21- - - - - -23),他们的干扰起搏器等现有设备研究[22]。系统的其他组件的可移植性是改善对完整的植入物,或者至少可穿戴或补丁的形式。脑电图测量本身可以使用传感器垫或植入式传感器(24- - - - - -27),不再需要进行脑电图耳机。显示的内容,从记忆中检索可以通过隐形眼镜(28,29日),或者直接少,谷歌等眼镜玻璃。最终,这里描述类似的系统可以完全植入。此外,4 KB的能力肯定会增加在未来的设计实现。

写入和读取设备的具体方法可以改善。注意是一个参数,可以随时从原始EEG信号中提取(14,18,19),我们的观察表明,训练科目可以切换所需的水平的关注足够的系统识别适当的函数来进行。然而,大多数(∼75%)消息包含至少1错误。这表明,要么有一个更好的参数指导系统或短期培训提供在这个研究是不够的。进一步的实验正在进行中,以调查在脑电图数据,可以使用额外的参数和评估潜在的精度的利用率。

植入记忆设备提出自己的隐私问题,可能未经授权的阅读,无意的操纵。物理距离,根据需要描述的原型,是一个重要的保护性因素,但限制了社交应用的设备。要启用的全面使用,植入式内存设备应该被设计成具有特定层的安全解决这些特殊的挑战,如干扰相邻设备和其他植入物和潜在的攻击对通过植入设备的人。

比较早些时候与其他人工记忆设备介绍这项工作显示了潜在的非侵入性的原型,可以用来存储和共享数据和2个或更多的人之间使用一个思想或多个作为“云”类似于共享思想和记忆今天在社交网络或互联网。沟通的能力在NFC这里描述这样一个标准的网络可能会提供一个连接到其他设备和可能在未来的工作与其他语言。相比之下,将此原型转换为一个入侵其他介绍植入可能给其他的能力扩展人类记忆和脑容量功能没有发现在今天的植入物(30.]。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者声明没有潜在的利益冲突。

作者的贡献

LBA进行实验。LBA和IB设计的研究,分析了数据,并写了手稿。

确认

作者希望感谢埃坦奥肯教授乔纳森·形坝和有价值的帮助和讨论。

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