در دهه ۱۸۷۰، دانشمندان کشف کردند که مغز پستانداران جریان الکتریکی حمل میکند و این کشف راه را برای حوزه نوروفیزیولوژی هموار کرد.۱ نزدیک به یک قرن بعد، ژاک ویدال، دانشمند رایانه در دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس، مقالهای بنیادین منتشر کرد که ایده رابطهای مغز-رایانه را پیشنهاد میکرد: یک ارتباط مستقیم بین مغز و یک دستگاه خارجی مانند رایانه یا پروتز از طریق فعالیت الکتریکی مغز.
این ایده که چهار دهه پیش مانند داستان علمی-تخیلی به نظر میرسید، به تدریج شتاب گرفت و محققان مختلف اثباتهای مفهومی با کاربردهای واقعی ارائه کردند. در ادامه بخوانید که چگونه رابطهای مغز-رایانه به افراد با اختلالات حرکتی یا گفتاری امکان کنترل اندامهای رباتیک، برقراری ارتباط و بازیابی حس را دادهاند.
دستگاههای رابط مغز-رایانه به پیشرفت علوم اعصاب کمک میکنند
در حالی که دستگاههای رابط مغز-رایانه کاربردهای بالینی آشکاری دارند، سازندگان این فناوری نیز پیامدهای آن را برای درک بهتر مغز انسان درک میکنند. فراتر از کمک به افراد با اختلالات حرکتی یا گفتاری، ثبت فعالیت مغز میتواند به دانشمندان کمک کند تا پویاییهای عصبی را رمزگشایی کنند. با ورود دستگاههای جدید و بهبود یافته به بازار، محققان اکنون میتوانند بینش بیسابقهای در کارکرد درونی مغز به دست آورند که به نوبه خود میتواند طراحی دستگاههای رابط مغز-رایانه را بهبود بخشد.
تلاش برای فناوریهای رابط مغز-رایانه که عمر طولانی دارند
با تبدیل شدن رابطهای مغز-رایانه به واقعیتی عملیتر برای افراد مبتلا به فلج، مهندسان زیستی با موانع لجستیکی در طراحی این دستگاهها مواجه هستند. پس از کاشت در مغز انسان، این دستگاهها از سوی سلولهای ایمنی ساکن مورد حمله قرار میگیرند و منجر به فیبروز و آسیب به پروب میشوند. اکنون محققان در حال بررسی مواد مختلف و طراحی طرحهای جدید برای توسعه فناوریهایی هستند که در برابر این چالشها مقاومت کنند. چنین پیشرفتهایی میتوانند اطمینان حاصل کنند که بیماران نیازی به جراحیهای مکرر مغز برای کاشت دستگاههای جدید ندارند.
موفقیت اولیه ایمپلنتهای رابط مغز-رایانه
یک ایمپلنت مغزی به مردی که کاملاً فلج بود کمک کرد تا با خانوادهاش ارتباط برقرار کند، زمانی که پزشکان یک تراشه در قشر حرکتی مغز او قرار دادند. پس از تلاشهای اولیه ناموفق، تیمی از محققان به رهبری نیلز بیرباور، دانشمند بازنشسته علوم اعصاب در دانشگاه توبینگن، تصمیم گرفتند روشی را امتحان کنند که در آن مرد به یک تن گوش میداد و یاد میگرفت با فکر کردن به افکار خاص، تن را تغییر دهد. این امر به مرد امکان داد کلمات تکی را ارتباط برقرار کند. در نهایت، او توانست جملات کامل و قابل فهمی بسازد، حتی پیامی به پسرش ارسال کند.
ایمپلنت مغزی به مردی با فلج کمک کرد حس را بازیابد
یک حادثه غواصی در سال ۲۰۲۰ کیت توماس را از قفسه سینه به پایین فلج کرد، بدون هیچ حسی در دستان یا مچهای او. پزشکان آرایههای الکترودی را در مغز توماس کاشتند که میتوانست فعالیت مغزی او را بخواند و تحریک الکتریکی ارائه دهد. یک تیم تحقیقاتی به رهبری چاد بوتون، محقق پزشکی بیوالکترونیک در نورثول هلث، سیگنالهای مغزی توماس را زمانی که تصور لمس را داشت ثبت کرد، این سیگنالها را از طریق پچهای تحریک قابل حمل روی پوست به عضلات و به نواحی حسی مغز او منتقل کرد. توماس حدود شش ماه پس از کاشت دستگاه، توانایی احساس لمس در مچ راست خود را بازیافت و در نهایت میتوانست با استفاده از دستگاه بینی خود را پاک کند یا دهانش را بخراشد.
رابط مغز-رایانه گفتاری افکار کاربران را رمزگشایی میکند
در حالی که دستگاههای رابط مغز-رایانه میتوانند به کاربران با ترجمه فعالیت مغزی به گفتار کمک کنند، این کار همچنین میتواند کاربران را خسته کند. برای پر کردن این شکاف، فرانسیس ویلت، جراح مغز و اعصاب در دانشگاه استنفورد، و تیمش یک رابط مغز-رایانه گفتاری با توانایی رمزگشایی جملات تصور شده توسعه دادند. آنها الگوریتمهای یادگیری ماشین را برای رمزگشایی الگوهای عصبی مرتبط با گفتار تصور شده آموزش دادند و به افراد اجازه میدهند با فکر کردن به آنچه میخواهند بگویند، به صورت شنیداری ارتباط برقرار کنند.