تحقق رویای اتصال مغز به رایانه
سیناپرس: این فناوری که از پیشرفته‌ترین حوزه‌های علمی در جهان است در کشور ما نیز توسط گروه‌های تحقیقاتی مختلف پیگیری می‌شود.
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 الکتریکی یا دیگر علائم مغزی و تبدیل کردن آنها به اطلاعات دیجیتال، این اطلاعات را به گونه‌ای برای کامپیوتر، قابل درک، تفسیر و پردازش می‌کنند تا با استفاده از آنها بتوان اعمالی مانند به حرکت درآوردن مکان‌نما یا روشن کردن تلویزیون را انجام داد.
امروزه بسیاری از محققان صنعتی و دانشگاهی جهت تجاری ساختن این فناوری تلاش می‌کنند 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 کاربردی در آینده‌ای نه‌چندان دور است.
این فناوری‌ها برای افرادی که 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 خوشحال‌کننده‌ای خواهد بود.
استفاده از رابط مغز با رایانه حتی برای فعالیت‌های تحقیقاتی نیز فوایدی به همراه خواهد داشت. ایده‌هایی مطرح شده‌اند که می‌توانند نقطه شروعی برای رسیدن به تکنیک‌هایی همچون تایید هویت بیومتریک و دیگر موارد امنیتی با استفاده از امواج مغزی باشند.
نحوه عکس‌العمل مغز کاربر به برخی از محرک‌ها می‌تواند تعیین‌کند که آیا برای مثال، شخص اجازه ورود به یک ساختمان یا استفاده از یک رایانه را دارد یا خیر.
به همین خاطر، رابط مغز با رایانه به‌عنوان حرکتی که 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 اکنون نیز با مشکلاتی همچون عدم پذیرش از سوی کاربران 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 کالیفورنیا، هدایت پروژه «رابط مغز-کامپیوتر» 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 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. تکنیک به کار رفته در آن عمل، بیمار را قادر ساخت با برقراری ارتباط با کامپیوتر، مکان‌نما را به حرکت در بیاورد.
در سال 1999 اساتید دانشکده پزشکی ام.سی.پی، با همکاری پژوهشگران دانشگاه پزشکی دوک موش‌هایی را تربیت کردند که با استفاده از سیگنال‌های مغزی خود، یک شیر آب برقی را به حرکت در می‌آوردند.
در حال حاضر نیز شرکت‌ها 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 دکترا و محقق و مدرس دانشگاه زد-گرا، دانشمندان لابراتوار رابط مغز با رایانه این دانشگاه در حال تحقیق روی روشی هستند که به بیماران کمک می‌کند با استفاده از رابط مغز با رایانه بتوانند بر پروتزها و اندام مصنوعی خود کنترل داشته باشند.
شرکت نرواسکای نیز در حال کار روی نوعی برنامه بر پایه رابط مغز با رایانه است. جانی لیو، سخنگوی این شرکت، می‌گوید: «این برنامه مخصوص مراکزی طراحی شده است که خدمات بهداشتی و پزشکی 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 سایبرسینتیک عصبی، دستگاه جدیدی به نام «سیستم رابط عصبی دروازه مغز» ابداع شده است. این سیستم که کاربری آن در موارد پزشکی است، به گونه‌ای طراحی شده است که بیمارانی با آسیب‌های نخاعی یا دیگر انواع اختلالات کنترلی، با استفاده از آن خواهند توانست با استفاده از افکار خود کامپیوتر را کنترل نمایند.
روش «دروازه مغزی» بر پایه تحقیقات پروفسور جان دونوگ، بنیانگذار مبحث سایبرسینتیک و دانشمند ارشد دانشگاه براون، ابداع گردید. تحقیقات پروفسور دونوگ با تمرکز بر نحوه تفکر مغز انسان، در جست‌وجوی راهی بود که مغز افکار را به سیگنال تبدیل می‌کند.
این سیگنال‌ها انجام اعمالی همچون به حرکت درآوردن بازو را ممکن می‌سازند. وی با طرح یک مثال توضیح داد زمانی که فردی بخواهد بازویش را حرکت 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 که در مرکز ستون فقرات قرار دارد دریافت و تبدیل به سیگنال‌هایی می‌شوند که توانایی کنترل عضلات را دارند.
با استفاده از تکنیک‌هایی همچون آرایه‌ای از الکترودهای چندگانه و تصویربرداری مغناطیسی تشدیدی (functional Magnetic Resonance Imaging: fMRI)، تیم تحقیقاتی دونوگ با ثبت سیگنال‌های مغزی یک بیمار، استفاده از پردازنده‌های سیگنال دیجیتالی (DSP) و همچنین به کارگیری الگوریتم‌های مناسب، این سیگنال‌ها را به فرمتی تبدیل کردند که برای کامپیوتر قابل استفاده و پردازش هستند.
برای این‌کار بیمار ابتدا در یک دستگاه اسکنر ام.آر.آی قرار داده شود. اسکنر با ایجاد یک میدان مغناطیسی و استفاده از سیگنال‌های رادیویی، به ثبت نحوه حرکت و گردش خون در مغز می‌پردازد. این مبحث یعنی مطالعه نیروهای مؤثر در جریان خون که شاخه‌ای از فیزیولوژی محسوب می‌شود را با نام هموداینامیک (hemodynamic) می‌شناسند. برای این‌کار، چگونگی عکس‌العمل و تغییر گردش خون در زمانی که بیمار برای مثال به تکان دادن اندام مصنوعی یا به حرکت درآوردن مکان نمای کامپیوتر اقدام می‌نماید، مورد بررسی قرار می‌گیرد.
تغییرات هموداینامیک این موارد را در برمی‌گیرد: افزایش جریان خون و بالا رفتن میزان ارسال هموگلوبین به سلول‌های عصبی که دخالت فعالانه دارند.
در یک تحقیقات بالینی، سایبرسینتیک با استفاده از سیستم دروازه مغزی (BrainGate) به یک بیمار داوطلب که از گردن به پایین دچار فلج گردیده کمک نمود فعالیت‌هایی همچون بازی رایانه‌ای یا استفاده از کنترل از راه دور تلویزیون را انجام دهد.
یک آرایه از میکروالکترودها از طریق جراحی در غشای مغزی بیمار قرار داده شد. محل کاشت الکترودها در ناحیه قدامی دو نیمکره مُخ و در پیشانی واقع است.
این ناحیه در حقیقت با ارسال سیگنال به تیره نخاعی و از آنجا به دیگر اعضای بدن، به حرکت دادن بدن یا اشیای کمک می‌کند.
این آرایه به صورت مربعی با اضلاعی به طول چهار میلی‌متر، به یکصد عدد میکروالکترود سیلیکونی مجهز است.
وظیفه این الکترودها حس کردن و ارسال پالس‌های الکتریکی از طریق سلول‌های عصبی چندگانه است. با تمرکز افکار بیمار حول انجام یک عمل (مانند حرکت دادن یک شیء)، پالس‌های قوی و جریانات الکتریکی شدیدی توسط سلول‌های عصبی ایجاد می‌شود.
سپس این سیگنال‌ها به یک کانکتورِ تیتانیومیِ متصل به جمجمه انتقال می‌یابند و از آنجا و از طریق یک رشته فیبرنوری به آمپلی‌فایری که وظیفه تقویت امواج را بر عهده دارد، ارسال می‌گردند. خروجی این آمپلی‌فایر به یک دستگاه کامپیوتر 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 کار گرفته شده است: یکی با هدف بازگشت تواناییِ به حرکت درآوردن اعضای بدن در بیمارانی که دچار آسیب نخاعی، ضربه مغزی یا تحلیل عضلانی گردیده‌اند و دیگری برقراری ارتباط برای بیمارانی که از ناتوانی‌های ناشی از آسیب‌های عصبی مانند بیماری ای.ال.اس رنج می‌کشند. شرکت نرواسکای انتظار دارد سیستم نهایی را تا سال 2008 یا 2009 به صورت تجاری وارد بازار نماید.
به گفته تیموتی سورگنر، مدیرعامل این شرکت، نهایتاً این امید وجود دارد که سایبرسینتیک با تکمیل سیستم بتواند امواج مغزی را به صورت بی‌سیم به آمپلی‌فایر و از آنجا به رایانه منتقل نماید تا بدین وسیله نیاز به کانکتور و کابل از بین برود.
آینده پیش رو
رابط مغز با رایانه قادر است به افراد ناتوان کمک کند تا رایانه، اعضای مصنوعی، صندلی چرخدار یا دیگر سیستم‌های کمکی را کنترل 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 که با بالاترین دقت، بیشترین سرعت و کمترین آثار جانبی، اقدام به تفسیر و تولید اعمال پیچیده بنمایند.
کامیتانی، از شرکت ی.تی.آر، می‌گوید: «هرچه این دستگاه‌ها از لحاظ حجم و اندازه کوچک‌تر شوند، بیشتر می‌توان از آنها در فعالیت‌های روزمره مانند به کارگیری صفحه‌کلید و تلفن، استفاده کرد. در آینده نزدیک سیستم‌های رابط مغز با رایانه خواهند توانست روبات‌های پیچیده یا حسگرهای الکتریکی که مستقیما درون ماهیچه جای داده شده‌اند را کنترل نمایند و به بیماران فلج یا مجروح کمک کنند اعضای بدن خود را به حرکت دربیاورند.»
برگر می‌گوید: «این سیستم‌ها همچنین قادر خواهند بود با شناسایی زمان وقوع اور لود و ارائه بازخورد مناسب برای حل آسان‌تر مشکل، به خلبانان و رانندگان کمک کنند.»
سازندگان خودرو می‌توانند با تعبیه یک سیستم رابط مغز با رایانه در داخل پشت سر صندلی، فعالیت‌های مغز راننده را مانیتور کنند و هنگامی که راننده دچار خواب آلودگی می‌شود، با علایم صوتی به او هشدار دهد.
برگر همچنین اشاره می‌کند که صنعت ساخت بازی‌های رایانه‌ای به ویژه در اروپا به پتانسیل‌های نهفته در فناوری رابط مغز با رایانه علاقمند گردیده‌اند. این پتانسیل‌ها به کاربران اجازه خواهد داد سیستم خود را به آسانی تنظیم و کنترل نمایند. محققان دانشگاه فناوری زد-گرا در حال آزمایش سیستم مجازی‌سازی پیچیده‌ای هستند که به مردم کمک خواهد کرد با استفاده از فناوری‌های مبتنی بر رابط مغز با رایانه برای گذشت از محیط‌های چندگانه و مرکب تنها از افکار خود بهره بگیرند.
ویدال، از دانشگاه کالیفورنیا در لس‌آنجلس، می‌گوید: «سرانجام سیستم‌های محاسباتی مجهز به توابع مغزی که این روزها رشد فزاینده‌ای نیز از خود نشان می‌دهند، استفاده کاربردی خواهند یافت و مطمئنا بسیاری از آنان در حوزه‌هایی به کار گرفته می‌شوند که کاملا غیرمنتظره و غافلگیرکننده خواهد بود.»
No tags for this post.
