تنتقل تقنية واجهة الدماغ والكمبيوتر من المختبر إلى حياتنا

إن ربط أدمغتنا بأجهزة الكمبيوتر يستحضر رؤى إما التوصيل بالمصفوفة ، أو الركض عبر غابات باندورا في الصورة الرمزية. لقد تم التكهن بشأن ربط العقل بالآلة منذ أن بدأنا في فهم تعقيدات الجهاز العصبي - وكيف يمكننا دمجه مع تكنولوجيا الكمبيوتر. يمكننا أن نرى هذا في نماذج الخيال العلمي المبكرة ، حيث تتحكم الأدمغة غير المجسدة في العديد من الآلات لأداء العطاءات الخبيثة من قبل كيان ما.  

كانت واجهات الدماغ والكمبيوتر (BCIs) موجودة منذ بعض الوقت. جاك فيدال ، الأستاذ الفخري في جامعة كاليفورنيا ، الذي درس هذه الأنظمة خلال السبعينيات ، صاغ مصطلح BCI. الفرضية الأساسية هي أن الدماغ البشري هو وحدة المعالجة المركزية التي تعالج المعلومات الحسية وترسل الإشارات الكهربائية كأوامر. لقد كانت قفزة قصيرة في المنطق لافتراض أنه يمكن بعد ذلك برمجة أجهزة الكمبيوتر لتفسير هذه الإشارات ، وإرسال إشاراتها الخاصة بنفس اللغة. من خلال إنشاء هذه اللغة المشتركة ، من الناحية النظرية ، يمكن للدماغ والآلة التحدث مع بعضهما البعض. 

تتحرك ... مع الشعور 

توجد العديد من تطبيقات BCI في مجال إعادة التأهيل العصبي. لقد عرف العلماء منذ فترة طويلة أن وظائف محددة موضعية في مناطق معينة في الدماغ ، ومع هذه المعرفة "بخريطة الدماغ" ، يمكننا تحفيز هذه المناطق لأداء وظائف كل منها. من خلال زرع أقطاب كهربائية في القشرة الحركية على سبيل المثال ، يمكن تعليم الأشخاص الذين فقدوا أطرافهم تحريك الأطراف الاصطناعية أو التعامل معها من خلال "التفكير" في تحريك ذراعهم. وبالمثل ، يمكن وضع أقطاب كهربائية على طول الحبل الشوكي التالف لإرسال إشارات لتحريك الأطراف المشلولة. تُستخدم هذه التقنية أيضًا في الأطراف الاصطناعية البصرية ، لاستبدال أو استعادة البصر لدى بعض الأفراد. 

بالنسبة للأطراف الاصطناعية ، فإن الهدف ليس مجرد محاكاة وظيفة الحركة المفقودة. على سبيل المثال ، عندما نلتقط بيضة ، تخبرنا أدمغتنا كيف يجب أن تكون قبضتنا قوية ، لذلك لا نسحقها. شارلين فليشر هي جزء من فريق من جامعة بيتسبرغ يقوم بدمج هذه الوظيفة في تصميمات الأطراف الاصطناعية الخاصة بهم. من خلال استهداف منطقة الدماغ التي "تشعر" أو تستشعر التحفيز اللمسي (القشرة الحسية الجسدية) ، يأمل فريق Flesher في إعادة إنشاء ما يشبه آلية التغذية الراجعة التي تمكننا من تعديل اللمس والضغط - وهو أمر ضروري في أداء أدق حركات اليد الحركية. 

يقول فيشر ، "لاستعادة وظيفة الطرف العلوي بالكامل هو استخدام أيدينا للتفاعل مع البيئة ، ولكي نكون قادرين على الشعور بما تلمسه تلك الأيدي" ، ومن أجل "معالجة الأشياء حقًا ، تحتاج إلى تعرف على الأصابع التي تلامسها ، ومقدار القوة التي يمارسها كل إصبع ، ثم استخدم هذه المعلومات لإجراء الحركة التالية ". 

الفولتية الفعلية التي يرسل بها الدماغ النبضات ويستقبلها منخفضة جدًا حوالي 100 مللي فولت (بالسيارات). كان الحصول على هذه الإشارات وتضخيمها نقطة شائكة كبيرة في أبحاث BCI. يحمل المسار التقليدي للزرع المباشر للأقطاب الكهربائية في الدماغ أو النخاع الشوكي مخاطر حتمية للإجراءات الجراحية ، مثل النزيف أو العدوى. من ناحية أخرى ، فإن "السلال العصبية" غير الغازية مثل تلك المستخدمة في تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) تجعل استقبال الإشارات ونقلها صعبًا بسبب "الضوضاء". يمكن للجمجمة العظمية أن تنشر الإشارات ، ويمكن للبيئة الخارجية أن تتداخل مع الامتصاص. علاوة على ذلك ، يتطلب الاتصال بجهاز كمبيوتر أسلاكًا معقدة تحد من التنقل ، لذا فإن معظم إعدادات BCI الآن تقع ضمن حدود إعداد المختبر. 

يعترف فليشر بأن هذه القيود قد أدت أيضًا إلى تقييد التطبيقات السريرية لمجموعة محددة من السكان مع إمكانية الوصول إلى هذه التطورات. وهي تعتقد أن إشراك المزيد من الباحثين من مختلف المجالات يمكن أن يحفز التنمية وربما يوفر حلولًا مبتكرة لهذه العقبات. 

"العمل الذي نقوم به يجب أن يجعل الآخرين متحمسين لاستكشاف هذه التكنولوجيا ... الخبراء في مجموعة متنوعة من المجالات الذين يعملون لتحقيق نفس الهدف هو مسار أسرع بكثير لتقديم أفضل الحلول للمرضى." 

في واقع الأمر ، يستكشف الباحثون والمصممين BCI بشكل أعمق ، ليس فقط للتغلب على هذه القيود ، ولكن لتطوير تطبيقات جديدة ولدت اهتمامًا عامًا أكبر. 

خارج المعمل ، وداخل اللعبة 

منذ بداياتها كشركة طلابية ناشئة في جامعة ميشيغان ، أصبحت Neurable التي تتخذ من بوسطن مقراً لها أحد أبرز اللاعبين في مجال BCI المتنامي من خلال استكشاف نهج مختلف لتكنولوجيا BCI. بدلاً من بناء أجهزتهم الخاصة ، طورت Neurable برنامجًا مملوكًا يستخدم الخوارزميات لتحليل ومعالجة الإشارات من الدماغ.  

يوضح الدكتور رمسيس ألكايد ، الرئيس التنفيذي والمؤسس: "في نيوربل ، أعدنا فهم كيفية عمل موجات الدماغ". "يمكننا الآن الحصول على هذه الإشارات من إعدادات EEG القياسية ودمجها مع خوارزميات التعلم لدينا لاختراق الضوضاء للعثور على الإشارات الصحيحة ، بمستويات عالية من السرعة والدقة." 

ميزة أخرى متأصلة ، وفقًا لـ Alcaide ، هي أن مجموعة تطوير البرامج (SDK) الخاصة بهم لا تعتمد على النظام الأساسي ، مما يعني أنه يمكن تطبيقها على أي برنامج أو جهاز متوافق. يعد هذا الفصل عن قالب "معمل البحث" قرارًا تجاريًا واعًا من قبل الشركة لفتح إمكانيات مكان وكيفية تطبيق تقنية BCI. 

"تاريخيًا ، تم احتواء BCIs داخل المختبر ، وما نقوم به هو إنشاء منتج يمكن للجميع الاستفادة منه ، حيث يمكن استخدام SDKs لدينا بأي صفة ، سواء كانت طبية أم لا." 

هذا التفكيك المحتمل يجعل تقنية BCI جذابة في العديد من التطبيقات. في المهن الخطرة مثل إنفاذ القانون أو مكافحة الحرائق ، يمكن أن تكون محاكاة سيناريوهات الحياة الواقعية دون الخطر المطلوب لا تقدر بثمن لعملية التدريب. 

كما أن التطبيق التجاري المحتمل في مجال الألعاب يولد الكثير من الإثارة. يحلم عشاق الألعاب بالفعل بأن يكونوا منغمسين تمامًا في عالم افتراضي حيث تكون البيئة الحسية أقرب ما يمكن إلى الواقع. بدون وحدة تحكم محمولة ، يمكن للاعبين "التفكير" في تنفيذ الأوامر داخل بيئة افتراضية. دفع السباق لخلق تجربة ألعاب غامرة العديد من الشركات لفحص الإمكانيات التجارية لـ BCI. ترى Neurable المستقبل في تكنولوجيا BCI التجارية وتكرس الموارد لمسار التنمية هذا. 

يقول Alcaide: "نريد أن نرى تقنيتنا مدمجة في أكبر عدد ممكن من تطبيقات البرامج والأجهزة". "السماح للناس بالتفاعل مع العالم باستخدام نشاطهم العقلي فقط ، هذا هو المعنى الحقيقي لشعارنا: عالم بلا حدود."