فناوری رابط مغز و کامپیوتر از آزمایشگاه خارج می شود و وارد زندگی ما می شود

ارتباط مغز ما با کامپیوترها تصورات وصل شدن به ماتریکس یا دویدن در جنگل های پاندورا در آواتار را تداعی می کند. از زمانی که ما شروع به درک پیچیدگی های سیستم عصبی کردیم – و اینکه چگونه می توانیم آن را با فناوری کامپیوتر ادغام کنیم، در مورد پیوند ذهن به ماشین حدس و گمان می رفت. ما می‌توانیم این را در داستان‌های علمی-تخیلی اولیه ببینیم، زیرا مغزهای بی‌جسم ماشین‌های متعددی را کنترل می‌کنند تا دستورات بدخواهانه برخی از موجودات را انجام دهند.  

رابط های مغز و کامپیوتر (BCI) مدتی است که وجود داشته است. ژاک ویدال، پروفسور ممتاز دانشگاه UCLA، که این سیستم ها را در دهه 1970 مطالعه کرد، اصطلاح BCI را ابداع کرد. فرض اصلی این است که مغز انسان یک CPU است که اطلاعات حسی را پردازش می کند و سیگنال های الکتریکی را به عنوان دستور ارسال می کند. این یک جهش کوتاه منطقی بود که فرض کنیم کامپیوترها را می‌توان برای تفسیر این سیگنال‌ها برنامه‌ریزی کرد و سیگنال‌های خود را به همان زبان ارسال کرد. با ایجاد این زبان مشترک، از لحاظ نظری، مغز و ماشین می توانند با یکدیگر صحبت کنند. 

حرکت دادن آن… با احساس 

بسیاری از کاربردهای BCI در زمینه توانبخشی عصبی است. دانشمندان مدت‌هاست که می‌دانستند عملکردهای خاصی در نواحی خاصی از مغز قرار می‌گیرند، و با دانش "نقشه مغز"، می‌توانیم این نواحی را برای انجام عملکردهای مربوطه تحریک کنیم. به عنوان مثال، با کاشت الکترودها در قشر حرکتی، می توان به افرادی که اندام های خود را از دست داده اند، آموزش داد که پروتزها را با "فکر" حرکت دادن دست خود حرکت دهند یا دستکاری کنند. به همین ترتیب، الکترودها را می توان در امتداد نخاع آسیب دیده قرار داد تا سیگنال هایی را برای حرکت اندام های فلج ارسال کند. این فناوری همچنین برای پروتزهای بینایی برای جایگزینی یا بازیابی بینایی در افراد خاص استفاده می شود. 

برای پروتزهای عصبی، هدف فقط تقلید عملکرد حرکتی از دست رفته نیست. به عنوان مثال، وقتی یک تخم مرغ را برمی داریم، مغزمان به ما می گوید که چقدر باید محکم باشد، بنابراین آن را له نکنیم. شارلین فلشر بخشی از تیمی از دانشگاه پیتسبورگ است که این عملکرد را در طرح های پروتز خود ادغام می کند. تیم فلشر امیدوار است با هدف قرار دادن ناحیه‌ای از مغز که تحریک لامسه را «احساس» یا حس می‌کند (قشر حسی تنی)، شبیه مکانیزم بازخوردی را دوباره ایجاد کند که ما را قادر می‌سازد لمس و فشار را تعدیل کنیم - که در انجام این کار ضروری است. حرکات حرکتی ظریف دست 

فیشر می‌گوید: «بازگرداندن کامل عملکرد اندام فوقانی به این معناست که از دست‌هایمان برای تعامل با محیط استفاده کنیم و بتوانیم آن دست‌ها را لمس کنیم» و برای اینکه «واقعاً اشیا را دستکاری کنیم، باید بدانید کدام انگشتان در تماس هستند، هر انگشت چقدر نیرو وارد می کند و سپس از آن اطلاعات برای انجام حرکت بعدی استفاده کنید. 

ولتاژهای واقعی که در آن مغز تکانه ها را ارسال و دریافت می کند، بسیار کم و حدود 100 میلی ولت (mV) است. به دست آوردن و تقویت این سیگنال ها یک نقطه گیر بزرگ در تحقیقات BCI بوده است. روش سنتی کاشت مستقیم الکترودها در مغز یا نخاع، خطرات اجتناب ناپذیر روش های جراحی مانند خونریزی یا عفونت را به همراه دارد. از سوی دیگر، «سبدهای عصبی» غیر تهاجمی مانند آنهایی که در الکتروانسفالوگرام ها (EEG) استفاده می شوند، دریافت و انتقال سیگنال را به دلیل «نویز» دشوار می کنند. جمجمه استخوانی می تواند سیگنال ها را منتشر کند و محیط بیرون می تواند در جذب اختلال ایجاد کند. علاوه بر این، اتصال به رایانه نیاز به سیم‌کشی پیچیده‌ای دارد که تحرک را محدود می‌کند، بنابراین اکثر تنظیمات BCI در حال حاضر در محدوده تنظیمات آزمایشگاهی هستند. 

فلشر اذعان می‌کند که این محدودیت‌ها همچنین کاربردهای بالینی را به جمعیت مشخصی با دسترسی به این پیشرفت‌ها محدود کرده است. او معتقد است که مشارکت بیشتر محققان از حوزه‌های مختلف می‌تواند باعث توسعه و شاید ارائه راه‌حل‌های نوآورانه برای این موانع شود. 

"کاری که ما انجام می دهیم باید دیگران را برای کشف این فناوری هیجان زده کند... متخصصان در زمینه های مختلف که در راستای همان هدف کار می کنند مسیر بسیار سریع تری برای ارائه بهترین راه حل ها برای بیماران است." 

در حقیقت، محققان و طراحان BCI را عمیق‌تر بررسی می‌کنند، نه تنها برای غلبه بر این محدودیت‌ها، بلکه برای توسعه برنامه‌های کاربردی جدید که علاقه عمومی بیشتری ایجاد کرده‌اند. 

خارج از آزمایشگاه، و وارد بازی 

Neurable مستقر در بوستون از آغاز خود به عنوان یک استارتاپ دانشجویی در دانشگاه میشیگان، اکنون با بررسی رویکردی متفاوت در فناوری BCI، به یکی از قابل مشاهده ترین بازیگران در زمینه رو به رشد BCI تبدیل شده است. Neurable به جای ساخت سخت افزار خود، نرم افزار اختصاصی ایجاد کرده است که از الگوریتم هایی برای تجزیه و تحلیل و پردازش سیگنال های مغز استفاده می کند.  

دکتر رامسس آلکاید، مدیرعامل و موسس آن، توضیح می دهد: «در Neurable، ما دوباره فهمیدیم که امواج مغزی چگونه کار می کنند. ما اکنون می‌توانیم آن سیگنال‌ها را از تنظیمات EEG استاندارد بدست آوریم و آن را با الگوریتم‌های یادگیری خود ترکیب کنیم تا نویز را کاهش دهیم تا سیگنال‌های مناسب را با سرعت و دقت بالا پیدا کنیم. 

یکی دیگر از مزایای ذاتی، به گفته Alcaide، این است که کیت توسعه نرم افزار آنها (SDK) پلتفرم آگنوستیک است، به این معنی که می توان آن را برای هر نرم افزار یا دستگاه سازگار اعمال کرد. این جدایی از قالب "آزمایشگاه تحقیقاتی" یک تصمیم تجاری آگاهانه از سوی شرکت است تا فرصت‌هایی را در مورد مکان و چگونگی استفاده از فناوری BCI باز کند. 

"از لحاظ تاریخی BCI ها در آزمایشگاه وجود داشته اند، و کاری که ما انجام می دهیم ایجاد محصولی است که همه می توانند از آن بهره مند شوند، زیرا SDK های ما می توانند در هر ظرفیتی، چه پزشکی و چه غیر پزشکی مورد استفاده قرار گیرند." 

این باز کردن بالقوه فناوری BCI را در کاربردهای متعدد جذاب می کند. در مشاغل خطرناک مانند اجرای قانون یا آتش نشانی، شبیه سازی سناریوهای واقعی زندگی بدون خطر لازم می تواند برای فرآیند آموزشی بسیار ارزشمند باشد. 

کاربرد تجاری بالقوه در زمینه بازی نیز هیجان زیادی ایجاد می کند. علاقه مندان به بازی در حال حاضر رویای غوطه ور شدن کامل در دنیای مجازی را در سر می پرورانند که در آن محیط حسی تا حد امکان به واقعیت نزدیک است. بدون یک کنترلر دستی، گیمرها می توانند به اجرای دستورات در یک محیط مجازی فکر کنند. رقابت برای ایجاد همه‌جانبه‌ترین تجربه بازی، بسیاری از شرکت‌ها را بر آن داشت تا امکانات تجاری BCI را بررسی کنند. Neurable آینده را در فناوری تجاری BCI می بیند و منابع خود را به این مسیر توسعه اختصاص می دهد. 

Alcaide می‌گوید: «ما می‌خواهیم فناوری خود را تا حد امکان در برنامه‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزاری جاسازی کنیم. «به مردم اجازه می‌دهیم تنها با استفاده از فعالیت مغزی خود با جهان تعامل داشته باشند، این معنای واقعی شعار ما است: جهانی بدون محدودیت».