کد خبر : 174 پنج شنبه 25 دی 1393 - 11:18:45
پژوهشگران-ایرانی-همگام-با-محققان-جهان-در-تحقق-رویای-اتصال-مغز-به-رایانه

به بهانه دستیابی به فناوری ارتباط ماشین با مغز انسان در یک دانشگاه ایرانی

پژوهشگران ایرانی همگام با محققان جهان در تحقق رویای اتصال مغز به رایانه

سیناپرس: سال‌هاست كه محققان در مورد شاخه‌ای از پیوند انسان و ماشین مطالعه می‌کنند كه هیچ ارتباطی با داستان‌های علمی-‌تخیلی ندارد؛ موضوعی با نام رابط مغز - كامپیوتری (Brain-Computer interface). این فناوری که از پیشرفته‌ترین حوزه‌های علمی در جهان است در کشور ما نیز توسط گروه‌های تحقیقاتی مختلف پیگیری می‌شود.

سیناپرس: دکتر امیر مسعود سوداگر، عضو هیئت علمی گروه مهندسی پزشکی دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، از جمله استادان ایرانی است که بر روی فناوری‌های مرتبط با رابط‌های مغز و رایانه فعالیت‌های ارزنده‌ای داشته است. وی در این رابطه طی سخنرانی‌های خود همواره با بیان نقش و اهمیت روز افزون ماشین و دستگاه های روباتیک در زندگی انسان امروزی به تشریح رابطه میان ماشین با مغز انسان و کمک‌هایی که می‌توان از فناوری‌های جدید در شناسایی نواقص مغزی داشت اشاره کرده است. اما این فناوری واقعا چیست؟

 

 

 

رابط‌ مغز با رایانه چیست؟

رابط‌های مغز با رایانه با خواندن سیگنال‌های الكتریكی یا دیگر علائم مغزی و تبدیل كردن آنها به اطلاعات دیجیتال، این اطلاعات را به گونه‌ای برای كامپیوتر، قابل درك، تفسیر و پردازش می‌کنند تا با استفاده از آنها بتوان اعمالی مانند به حركت درآوردن مكان‌نما یا روشن كردن تلویزیون را انجام داد.

امروزه بسیاری از محققان صنعتی و دانشگاهی جهت تجاری‌ ساختن این فناوری تلاش می‌كنند و در همین راستا پروژه‌های فراوانی با هدف دستیابی به نوآوری‌های جدید در زمینه رابط‌ مغز با رایانه در سرتاسر جهان در جریان هستند. عمده اهداف این پروژه‌ها دستیابی به محصولات و سرویس‌های متنوع و كاربردی در آینده‌ای نه‌چندان دور است.

این فناوری‌ها برای افرادی كه به دلیل آسیب‌دیدگی‌های نخاعی یا ناتوانایی‌هایی همچون بیماری تصلب و تحلیل عضلات ‌(ALS) یا اختلالات مغزی قادر به استفاده عادی از دست‌ها و بازوهای خود نیستند، نویدبخش خبرهای خوشحال‌كننده‌ای خواهد بود.

استفاده از رابط‌ مغز با رایانه حتی برای فعالیت‌های تحقیقاتی نیز فوایدی به همراه خواهد داشت. ایده‌هایی مطرح شده‌اند كه می‌توانند نقطه شروعی برای رسیدن به تكنیك‌هایی همچون تایید هویت بیومتریك و دیگر موارد امنیتی با استفاده از امواج مغزی باشند.

نحوه عكس‌العمل مغز كاربر به برخی از محرك‌ها می‌تواند تعیین‌كند كه آیا برای مثال، شخص اجازه ورود به یك ساختمان یا استفاده از یك رایانه را دارد یا خیر.

به همین خاطر، رابط‌ مغز با رایانه به‌عنوان حركتی كه می‌تواند موجب افزایش بازدهی در بازار شود، توجه‌ها را به خود جلب نموده است. البته تا فراگیر شدن و استفاده گسترده از این فناوری راه درازی در پیش است و اكنون نیز با مشكلاتی همچون عدم پذیرش از سوی كاربران و دقت پایین سیگنال روبه‌رو است.

 

تاریخچه توسعه

دانشمندان از اوایل دهه 1970 میلادی فعالیت‌های خود در زمینه رابط‌ مغز با رایانه را آغاز کردند. در آن زمان جکوس ویدال، پروفسور بازنشسته دانشگاه كالیفورنیا، هدایت پروژه «رابط مغز-كامپیوتر» را با پشتیبانی دانشگاه در دست گرفت. در طول این مدت، محققان با نصب حسگرهای ساده رابط‌ مغز با رایانه در بدن موش‌ها، میمون‌ها و انسان آزمایش‌هایی را در این زمینه انجام دادند.

در اواخر دهه 1990 میلادی محققان انستیتو فناوری جورجیا، با همكاری دانشگاه اموری، با نصب یك الكترود در غشای پوستی مغز یك بیمار كه به علت عارضه فلج ناحیه زیر گردن قدرت تكلم خود را از دست داده بود، پتانسیل‌های درمانی رابط‌ مغز با رایانه  را به نمایش گذاشتند. تكنیك به كار رفته در آن عمل، بیمار را قادر ساخت با برقراری ارتباط با كامپیوتر، مكان‌نما را به حركت در بیاورد.

در سال 1999 اساتید دانشكده پزشكی ام.سی.پی، با همكاری پژوهشگران دانشگاه پزشكی  دوک موش‌هایی را تربیت كردند كه با استفاده از سیگنال‌های مغزی خود، یك شیر آب برقی را به حركت در می‌آوردند.

در حال حاضر نیز شركت‌ها و دانشگاه‌های متعددی در حال انجام تحقیقات بسیار مهمی روی شاخه‌های گوناگونی از رابط‌ مغز با رایانه هستند. برای مثال و به گفته پوتز گرونت، فوق دكترا و محقق و مدرس دانشگاه زد-گرا، دانشمندان لابراتوار رابط‌ مغز با رایانه این دانشگاه در حال تحقیق روی روشی هستند كه به بیماران كمك می‌كند با استفاده از رابط‌ مغز با رایانه بتوانند بر پروتزها و اندام مصنوعی خود كنترل داشته باشند.

شركت نرواسکای نیز در حال كار روی نوعی برنامه بر پایه رابط‌ مغز با رایانه است. جانی لیو، سخنگوی این شركت، می‌گوید: «این برنامه مخصوص مراكزی طراحی شده است كه خدمات بهداشتی و پزشكی ارائه می‌نمایند.»

وی می‌افزاید: «موارد استفاده از این برنامه شامل درمان بیماری‌های نارسایی آ.دی.دی و همچنین استفاده در حوزه سرگرمی‌ها شامل بازی‌های ویدیویی و اسباب بازی است.»

 

جدیدترین دستاوردها

با استفاده از سیستم‌های سایبرسینتیك عصبی، دستگاه جدیدی به نام «سیستم رابط عصبی دروازه مغز» ابداع شده است. این سیستم كه كاربری آن در موارد پزشكی است، به گونه‌ای طراحی شده است كه بیمارانی با آسیب‌های نخاعی یا دیگر انواع اختلالات كنترلی، با استفاده از آن خواهند توانست با استفاده از افكار خود كامپیوتر را كنترل نمایند.

روش «دروازه مغزی» بر پایه تحقیقات پروفسور جان دونوگ، بنیانگذار مبحث سایبرسینتیك و دانشمند ارشد دانشگاه براون، ابداع گردید. تحقیقات پروفسور دونوگ با تمركز بر نحوه تفكر مغز انسان، در جست‌وجوی راهی بود كه مغز افكار را به سیگنال تبدیل می‌كند. 

این سیگنال‌ها انجام اعمالی همچون به حركت درآوردن بازو را ممكن می‌سازند. وی با طرح یك مثال توضیح داد زمانی كه فردی بخواهد بازویش را حركت دهد، میلیون‌ها سلول عصبی اقدام به ارسال پالس‌هایی در الگوهای پیچیده می‌نمایند.

در اواخر دهه 1990 میلادی محققان انستیتو فناوری جورجیا، با همکاری دانشگاه اموری، با نصب یک الکترود در غشای پوستی مغز یک بیمار که به علت عارضه فلج ناحیه زیر گردن قدرت تکلم خود را از دست داده بود، پتانسیل‌های درمانی رابط‌ مغز با رایانه  را به نمایش گذاشتند.

این پالس‌ها توسط تیره نخاعی كه در مركز ستون فقرات قرار دارد دریافت و تبدیل به سیگنال‌هایی می‌شوند كه توانایی كنترل عضلات را دارند.

با استفاده از تكنیك‌هایی همچون آرایه‌ای از الكترودهای چندگانه و تصویربرداری مغناطیسی تشدیدی (functional Magnetic Resonance Imaging: fMRI)، تیم تحقیقاتی دونوگ با ثبت سیگنال‌های مغزی یك بیمار، استفاده از پردازنده‌های سیگنال دیجیتالی ‌(DSP) و همچنین به كارگیری الگوریتم‌های مناسب، این سیگنال‌ها را به فرمتی تبدیل كردند كه برای كامپیوتر قابل استفاده و پردازش هستند.

برای این‌كار بیمار ابتدا در یك دستگاه اسكنر ام.آر.آی قرار داده شود. اسكنر با ایجاد یك میدان مغناطیسی و استفاده از سیگنال‌های رادیویی، به ثبت نحوه حركت و گردش خون در مغز می‌پردازد. این مبحث یعنی مطالعه نیروهای مؤثر در جریان خون كه شاخه‌ای از فیزیولوژی محسوب می‌شود را با نام هموداینامیك ‌(hemodynamic) می‌شناسند. برای این‌كار، چگونگی عكس‌العمل و تغییر گردش خون در زمانی كه بیمار برای مثال به تكان دادن اندام مصنوعی یا به حركت درآوردن مكان نمای كامپیوتر اقدام می‌نماید، مورد بررسی قرار می‌گیرد.

تغییرات هموداینامیك این موارد را در برمی‌گیرد: افزایش جریان خون و بالا رفتن میزان ارسال هموگلوبین به سلول‌های عصبی كه دخالت فعالانه دارند.

در یك تحقیقات بالینی، سایبرسینتیك با استفاده از سیستم دروازه مغزی (BrainGate) به یك بیمار داوطلب كه از گردن به پایین دچار فلج گردیده كمك نمود فعالیت‌هایی همچون بازی رایانه‌ای یا استفاده از كنترل از راه دور تلویزیون را انجام دهد.

یك آرایه از میكروالكترودها از طریق جراحی در غشای مغزی بیمار قرار داده شد. محل كاشت الكترودها در ناحیه قدامی دو نیمكره مُخ و در پیشانی واقع است.

این ناحیه در حقیقت با ارسال سیگنال به تیره نخاعی و از آنجا به دیگر اعضای بدن، به حركت دادن بدن یا اشیای كمك می‌کند.

این آرایه به صورت مربعی با اضلاعی به طول چهار میلی‌متر، به یكصد عدد میكروالكترود سیلیكونی مجهز است.

وظیفه این الكترودها حس كردن و ارسال پالس‌های الكتریكی از طریق سلول‌های عصبی چندگانه است. با تمركز افكار بیمار حول انجام یك عمل (مانند حركت دادن یك شیء)، پالس‌های قوی و جریانات الكتریكی شدیدی توسط سلول‌های عصبی ایجاد می‌شود.

سپس این سیگنال‌ها به یك كانكتورِ تیتانیومیِ متصل به جمجمه انتقال می‌یابند و از آنجا و از طریق یك رشته فیبرنوری به آمپلی‌فایری كه وظیفه تقویت امواج را بر عهده دارد، ارسال می‌گردند. خروجی این آمپلی‌فایر به یك دستگاه كامپیوتر متصل است و در آنجا سیگنال‌ها در خروجی به فرمت‌های دلخواه تبدیل می‌شوند.

برین گیت (BrainGate) یا دروازه مغزی در دو آزمایش بالینی دیگر نیز به كار گرفته شده است: یكی با هدف بازگشت تواناییِ به حركت درآوردن اعضای بدن در بیمارانی كه دچار آسیب نخاعی، ضربه مغزی یا تحلیل عضلانی گردیده‌اند و دیگری برقراری ارتباط برای بیمارانی كه از ناتوانی‌های ناشی از آسیب‌های عصبی مانند بیماری ای.ال.اس رنج می‌كشند. شركت نرواسکای انتظار دارد سیستم نهایی را تا سال 2008 یا 2009 به صورت تجاری وارد بازار نماید.

به گفته تیموتی سورگنر، مدیرعامل این شركت، نهایتاً این امید وجود دارد كه سایبرسینتیك با تكمیل سیستم بتواند امواج مغزی را به صورت بی‌سیم به آمپلی‌فایر و از آنجا به رایانه منتقل نماید تا بدین ‌وسیله نیاز به كانكتور و كابل از بین برود.

 

آینده پیش رو

رابط‌ مغز با رایانه  قادر است به افراد ناتوان كمك كند تا رایانه، اعضای مصنوعی، صندلی چرخدار یا دیگر سیستم‌های كمكی را كنترل نمایند. به دلیل همین کاربردهای فراوان و مفید محققان آینده خوبی را پیش روی این فناوری می‌بینند.

محققان امیدوارند به ساخت سیستم‌های رابط‌ مغز با رایانه ‌ای نائل شوند كه با بالاترین دقت، بیشترین سرعت و كمترین آثار جانبی، اقدام به تفسیر و تولید اعمال پیچیده بنمایند.

کامیتانی، از شركت ی.تی.آر، می‌گوید: «هرچه این دستگاه‌ها از لحاظ حجم و اندازه كوچك‌تر شوند، بیشتر می‌توان از آن‌ها در فعالیت‌های روزمره مانند به كارگیری صفحه‌كلید و تلفن، استفاده کرد. در آینده نزدیك سیستم‌های رابط‌ مغز با رایانه خواهند توانست روبات‌های پیچیده یا حسگرهای الكتریكی كه مستقیما درون ماهیچه جای داده شده‌اند را كنترل نمایند و به بیماران فلج یا مجروح كمك كنند اعضای بدن خود را به حركت دربیاورند.»

برگر می‌گوید: «این سیستم‌ها همچنین قادر خواهند بود با شناسایی زمان وقوع اور لود و ارائه بازخورد مناسب برای حل آسان‌تر مشكل، به خلبانان و رانندگان كمك کنند.»

سازندگان خودرو می‌توانند با تعبیه یك سیستم رابط‌ مغز با رایانه در داخل پشت سر صندلی، فعالیت‌های مغز راننده را مانیتور کنند و هنگامی كه راننده دچار خواب آلودگی می‌شود، با علایم صوتی به او هشدار دهد.

برگر همچنین اشاره می‌كند كه صنعت ساخت بازی‌های رایانه‌ای به ویژه در اروپا به پتانسیل‌های نهفته در فناوری رابط‌ مغز با رایانه  علاقمند گردیده‌اند. این پتانسیل‌ها به كاربران اجازه خواهد داد سیستم خود را به آسانی تنظیم و كنترل نمایند. محققان دانشگاه فناوری زد-گرا در حال آزمایش سیستم مجازی‌سازی پیچیده‌ای هستند كه به مردم كمك خواهد كرد با استفاده از فناوری‌های مبتنی بر رابط‌ مغز با رایانه  برای گذشت از محیط‌های چندگانه و مركب تنها از افكار خود بهره بگیرند.

ویدال، از دانشگاه كالیفورنیا در لس‌آنجلس، می‌گوید: «سرانجام سیستم‌های محاسباتی مجهز به توابع مغزی كه این روزها رشد فزاینده‌ای نیز از خود نشان می‌دهند، استفاده كاربردی خواهند یافت و مطمئنا بسیاری از آنان در حوزه‌هایی به كار گرفته می‌شوند كه كاملا غیرمنتظره و غافلگیركننده خواهد بود.»

 

کلید واژه ها: مغز - رایانه - فناوری ارتباط -
نظرات شما

[کد امنیتی جدید]