پیشرفت غیرمنتظره در حوزه واسط مغز و کامپیوتر غیرتهاجمی

چکیده: دانشمندان در دانشگاه  Carnegie Mellon، پنسیلوانیا، برای  اولین بار بازوی رباتیک غیرتهاجمی و کنترل شونده با ذهن را ارائه دادند که دارای کنترل پیوسته و هموار است.

 

نویسنده: پریسا ایلون

دانشمندان در دانشگاه Carnegie Mellon طی همکاری با دانشگاه Minnesota، در حوزه کنترل ابزار روباتیک به موفقیت تازه‌ای دست یافتند. آن‌ها توانستند به کمک واسط مغز و رایانه غیر تهاجمی (BCI) موفق‌ترین بازوی رباتیک کنترل شونده با ذهن را طراحی کنند. این ربات می‌تواند به شکل پیوسته مکان‌نمای کامپیوتر را دنبال ‌کند.

توانایی کنترل ابزار رباتیک به شکل غیر تهاجمی- تنها به کمک ذهن، بدون نیاز به کاشت ایمپلنت مغزی-  کاربرد گسترده‌ای خواهد داشت، به خصوص در بهبود زندگی افراد فلج و مبتلا به اختلالات حرکتی.

همانطور که تاکنون نشان داده شده است، BCI با استفاده از سیگنال‌های ایمپلنت مغزی می‌تواند به عملکرد بالایی در کنترل ابزار رباتیک برسد. زمانی که ابزار رباتیک با دقت بالایی کنترل شوند، میتوان از آن‌ها برای انجام کارهای مختلفی در زندگی استفاده کرد. تاکنون، اما، BCIهای موفق در کنترل بازوی رباتیک از ایمپلنت‌های تهاجمی مغز کمک گرفته‌اند که نیازمند مهارت پزشکی و جراحی بالا برای کاشت و عملکرد صحیح آن در مغز است- علاوه بر هزینه و ریسک وارده به فرد. در نتیجه، استفاده از آن‌ها تنها به تعدادی موارد کلینیکی محدود شده است.

یک چالش بزرگ در این حوزه پژوهشی، تولید تکنولوژی کمتر تهاجمی و یا کاملا غیرتهاجمی است که به افراد فلج توانایی کنترل بازوی رباتیک را به کمک ذهن‌شان بدهد. این چنین BCIهای غیرتهاجمی، اگر موفق باشند، به میلیون‌ها فرد کمک می‌کنند و می‌توانند حتی به طور بالقوه برای عموم مردم نیز کاربرد داشته باشند.

اما، BCIهایی که از سیستم غیرتهاجمی بیرونی استفاده می‌کنند، به جای ایمپلنت های مغزی، غالبا سیگنال‌های ” dirtier ” دریافت می‌کنند- به معنی سیگنال کم وضوح و در نتیجه قابلیت کنترل نه چندان دقیق ابزار رباتیک. علی‌رغم این، دانشمندان به دنبال تکنولوژی کمتر تهاجمی و یا غیرتهاجمی هستند که می‌تواند به بیماران همه جا و همه روزه کمک کند.

پروفسور Bin He، رئیس دپارتمان مهندسی بیوپزشکی در Carnegie، به این هدف نزدیک شده است، که مثل یک یافته کلیدی و مهم است.

او می‌گوید: ” ابزارهای رباتیک کنترل شونده با ذهن و ایمپلنت مغزی مزایای بسیاری دارند “.” اما غیر-تهاجمی بودن آن‌ها هدف نهایی است. پیشرفت در رمزگشایی عصبی و استفاده کاربردی از کنترل بازوی رباتیک غیر تهاجمی کاربرد وسیعی در ابداع نورورباتیک‌های غیرتهاجمی خواهد داشت”.

به کمک تکنیک جدید ادراک و یادگیری ماشین، او و آزمایشگاه‌ش توانستند به سیگنال‌های عمیق مغزی دست یابند، سیگنال‌هایی با وضوح بهتر و نویز EEG کمتر. روش آن‌ها سبب ارتقا رمزگشایی عصبی و سهولت کنترل ابزار در زمان می‌شود. در آزمایش، افراد مورد مطالعه برای اولین بار در زندگی خود با استفاده از یک بازوی رباتیک علامت مکان‌نمای صفحه نمایش کامپیوتر را در یک مسیر پیوسته و هموار دنبال می‌کردند. در گذشته، در حالی که بازو رباتیک کنترل شونده به شکل غیرتهاجمی دستورات مغزی را دریافت می‌کرد، علامت مکان‌نما را در مسیری نامنظم و منقطع دنبال می‌کرد.

در یک مقاله، منتشر شده در Science Robotics، این تیم یک غالب کار جدید را ارائه می‌دهد که اجزا رایانه و مغز مرتبط با BCI را با مداخله و یادگیری فعال خود کاربر ارتقا می‌دهد، همینطور وضوح داده‌های عصبی غیرتهاجمی حاصل از منبع EEG نیز بهبود یافتند. این تیم نشان داد چگونه رویکرد جدید نه تنها یادگیری با BCI را تا 60 درصد افزایش داد، بلکه، دنبال کردن پیوسته مکان‌نمای کامپیوتر را هم تا 500 درصد ارتقا داد.

این تکنولوژی با ارائه کنترل ایمن و غیرتهاجمی ابزارها می‌تواند کابردهایی برای گروه مردم داشته باشد تا بتوانند با محیط پیرامون خود مداخله داشته و آن را کنترل کنند. این تکنولوژی، تاکنون، در 68 فرد سالم مورد آزمون قرار گرفته است(تا ده جلسه برای هر فرد) و شامل کنترل مجازی وسیله و بازو رباتیک برای دنبال کردن پیوسته بوده است. تکنولوژی برای بیماران می‌تواند مستقیما استفاده شود و این تیم در نظر دارد آزمون‌های کلینیکی را در آینده نزدیک انجام دهد.

او می‌گوید:” علی رغم چالش‌های تکنیکی در استفاده از سیگنال‌های غیرتهاجمی، ما کاملا مصمم هستیم این تکنولوژی ایمن و اقتصادی را برای استفاده کسانی که از آن سود می‌برند فراهم کنیم. این کار یک قدم مهم در زمینه واسط مغز-رایانه  است- تکنولوژی که ممکن است روزی مثل گوشی‌های هوشمند وسیله‌ای در یاری همه مردم باشد”.