یک رابط جدید مغز و کامپیوتر می‌تواند به هزاران فرد مبتلا به اختلالات عصبی و آسیب‌های نخاعی کمک کند تا مهارت‌های ارتباطی خود را دوباره به دست آورند. BCI در ترکیب با یک الگوریتم یادگیری ماشینی، می‌تواند کلماتی را بر روی صفحه نمایش تولید کند. این کلمات بر اساس فکر فرد در مورد آن نوشته است.
دانشمندان اخیرا یک رابط مغز و کامپیوتر (BCI) راطراحی کرده‌اند. این رابط برای بازیابی توانایی برقراری ارتباط، در افراد مبتلا به آسیب‌های نخاعی و اختلالات عصبی مانند اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) طراحی شده است. سیستم طراحی شده این پتانسیل را دارد که سریعتر از BCI های قبلی کار کند. این کار با استفاده از یکی از قدیمی ترین ابزارهای ارتباطی افراد یعنی دست خط انجام می شود.
اسکلروز جانبی آمیوتروفیک چیست؟
اسکلروز جانبی آمیوتروفیک یا ALS نوعی اختلال عصبی عضلانی است. این بیماری روی اعصاب قسمتی از بدن شما که توسط شما کنترل می گردد (ماهیچه های بازوها، پاها و دست ها) تأثیر می گذارد.
ALS یک بیماری پیشرونده است که با گذشت زمان بدتر می شود. اکثر موارد ALS هیچ علت مشخصی ندارند، اگرچه درصد کمی از بیماران این بیماری را از یکی از اعضای خانواده به ارث می برند.
علائم ALS چیست؟
علائم اولیه ALS ممکن است نامحسوس باشد. این علائم مانند مشکل جزئی در گرفتن اشیا، خستگی، ضعف عضلانی یا تغییرات صوتی است. پس از آن علائم با پیشرفت بیماری، بیشتر قابل توجه می شوند. ازجمله این علائم سفتی عضلات، اسپاسم و ضعف است. با گذشت زمان، برخی از بیماران ممکن است توانایی خود را در راه رفتن و صحبت کردن نیز از دست بدهند. این افراد در استفاده از دست ها و بازوهای خود یا خوردن و تنفس بدون کمک از دست دچار مشکل می شوند.
مطالعه ای اخیرا در Nature منتشر شده است:
این مطالعه توسط موسسه ملی بهداشت تحقیقات مغزی از طریق ابتکار پیشبرد فناوری‌های عصبی نوآورانه (BRAIN) و همچنین موسسه ملی اختلالات عصبی و سکته مغزی (NINDS) و موسسه ملی ناشنوایی و سایر اختلالات ارتباطی (NIDCD)حمایت شده است.
محققان بر روی بخشی از مغز که مسئول حرکات ظریف است تمرکز کردند. آنها سیگنال‌های ایجاد شده توسط شرکت کننده را هنگام تلاش برای نوشتن حروف جداگانه با دست، ثبت کردند. در انجام این کار، شرکت‌کننده به دنبال آسیب نخاعی از گردن به پایین فلج شده بود. این فرد برای یک الگوریتم کامپیوتری یادگیری ماشینی که برای شناسایی الگوهای عصبی حروف جداگانه بود آموزش دید.
در حالی که این سیستم تاکنون در یک بیمار مورد بررسی قرار گرفته است، به نظر می رسد که این سیستم دقیق تر و کارآمدتر از BCI های ارتباطی موجود است. این سیستم به افراد فلج کمک می کند تا سریعاً و بدون نیاز به استفاده از دستان خود تایپ کنند.
دکتر John Ngai، مدیر ابتکار NIH BRAIN، بیان کرد:
این مطالعه نقطه عطف مهمی در توسعه BCIs و فن‌آوری‌های یادگیری ماشینی است. نتایج مطالعه نشان میدهد چگونه مغز انسان فرآیندهای پیچیده مانند ارتباطات را کنترل میکند. این دانش، پایه ای حیاتی برای بهبود زندگی افراد مبتلا به آسیب ها و اختلالات عصبی فراهم می کند.
هنگامی که فردی به دلیل آسیب نخاعی فلج می شود، بخشی از مغز که حرکت را کنترل می کند همچنان کار می کند.
شرکت‌کننده ممکن است نتواند دست یا بازوی خود را برای نوشتن حرکت دهد. مغز او همچنان سیگنال‌های مشابهی مرتبط با حرکت مورد نظر تولید میکند. سیستم‌های BCI جدیدی برای بازگرداندن عملکرد حرکتی از طریق دستگاه‌هایی مانند بازوهای رباتیک توسعه یافته‌اند.
دکتر Krishna Shenoy، محقق موسسه پزشکی Howard Hughes یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: «فقط به این فکر کنید که چقدر از روز خود را صرف رایانه یا برقراری ارتباط با شخص دیگری می‌کنید.
بازیابی توانایی افرادی که استقلال خود را در تعامل با رایانه و دیگران از دست داده‌اند بسیار مهم است. این همان چیزی است که پروژه‌هایی این چنینی را به سمت جلو هدایت می کند.
در این مطالعه ابتدا از شرکت‌کننده خواسته شد حروف نمایش داده شده روی صفحه را کپی کند. این حروف شامل 26 حرف کوچک همراه با برخی از نشانه‌ها “>”بود که به عنوان فاصله استفاده میشد و علامت “~” که به عنوان “پایان” استفاده میشد. در همان زمان، با الکترودهای کاشته شده فعالیت مغزی تقریباً 200 نورون جداگانه را ثبت نمودند. ثبت های انجام شده مطابق با نوشته شخصیت های مختلف متفاوت بود.
پس از یک سری جلسات آموزشی، الگوریتم‌های کامپیوتری BCI الگوهای عصبی مربوط به حروف را تشخیص دادند. به شرکت‌کننده اجازه داده میشد با رایانه ای که حروف را در زمان واقعی نمایش می‌داد، جملات جدیدی را بنویسند. این جملات قبلاً به آنها نمایش داده نشده بود.
Frank Willett، دانشمند تحقیقاتی HHMI در دانشگاه استنفورد گفت:
“این روش یک پیشرفت قابل توجه نسبت به BCI های ارتباطی موجود است. این روش به استفاده از مغز برای حرکت مکان نما برای “تایپ” کلمات روی صفحه متکی است. تلاش برای نوشتن هر حرف، الگوی منحصربه‌فردی از فعالیت را در مغز ایجاد میکند. رایانه با دقت و سرعت بسیار بیشتری آنچه نوشته شده را تشخیص می دهد.
استفاده از این فناوری چه مزایایی دارد؟
با استفاده از این سیستم، شرکت‌کننده می‌تواند جملاتی را بنویسد و با سرعتی در حدود ۹۰ کاراکتر در دقیقه با دیگران ارتباط برقرار کند. نتیجه‌ای مطلوب با سرعت بالا؛ تقریبا به اندازه حروفی که افراد طبیعی طی یک دقیقه، روی تلفن‌‌های هوشمند خود تایپ می‌کنند. در مقابل، رابط های «نقطه و کلیک» حدود 40 کاراکتر در دقیقه را به دست آوردند.
این سیستم همچنین سطحی از انعطاف‌پذیری را فراهم میکند که برای بازیابی ارتباطات بسیار مهم است. برخی از مطالعات تا آنجا پیش رفته‌اند که BCIهای مستقیم فکر به گفتار را انجام داده‌اند. اگرچه امیدوارکننده هستند، اما در حال حاضر توسط ثبت هایی از سطح مغز که میانگین پاسخ‌ها را در هزاران نورون ممکن میکند، محدود شده‌اند.
دکتر Shenoy گفت: «در حال حاضر، سایر محققین می‌توانند با استفاده از روش‌های یادگیری ماشینی هنگام رمزگشایی گفتار، به یک فرهنگ لغت 50 کلمه‌ای دست یابند. با ضبط از صدها نورون منفرد در هنگام نوشتن متن، می‌توانیم هر حرف و هر کلمه‌ای را بنویسیم. این روش «واژگانی باز» را ارائه می دهد که می‌تواند در اکثر موقعیت‌های زندگی استفاده شود.
این فناوری به چه افرادی کمک میکند؟
در افرادی که به دلیل سکته مغزی ساقه مغز یا ALS با درجات بالا فلج شده اند یا با “سندرم قفل شدگی” زندگی می کنند، توانایی برقراری ارتباط تا حد زیادی یا حتی به طور کامل بدون مداخله فناوری از بین می رود. در حالی که این فناوری ها مقدماتی هستند. این فناوری‌ها، به افرادی که توانایی نوشتن و صحبت کردن را به طور کامل از دست داده‌اند؛ کمک می کنند.
Debara، مدیر NIDCD گفت: «ارتباطات در نحوه عملکرد ما در جامعه نقش اساسی دارد. در دنیای امروزی ارتباطات مبتنی بر اینترنت است. افرادی که دارای اختلالات گفتاری شدید و جسمی هستند ممکن است با موانع ارتباطی قابل توجهی مواجه شوند. این گونه افراد به طور بالقوه منزوی می شوند.
دو ردیف الکترود فعالیت مغزی را که با تفکر در مورد نوشتن حروف ایجاد می شود، ثبت می کنند. سپس این اطلاعات در زمان واقعی توسط یک کامپیوتر جمع‌آوری و پردازش می‌شود، که آن داده‌ها را به کلمات روی صفحه تبدیل میکند.
در آینده، تیم دکتر Shenoy قصد دارد این سیستم را روی بیماری که توانایی تکلم خود را از دست داده است، مانند فردی که ALS پیشرفته دارد، آزمایش کند. علاوه بر این، آنها به دنبال افزایش تعداد کاراکترهای موجود (مانند حروف بزرگ و اعداد) برای شرکت کنندگان هستند.
این کارآزمایی بالینی BrainGate2 نام دارد. در این پروژه آزمایشگاه‌ها، دانشگاه‌ها و بیمارستان‌های شناخته شده بین‌المللی که برای پیشرفت فناوری‌های رابط مغز و رایانه کار می‌کنند، فعالیت دارند.
برای کسب اطلاعات بیشتر به سایت سلامت مغز دانا مراجعه بفرمایید و از خدمات تخصصی جدید سایت بهره مند شوید.
زهرا اسماعیلی هستم. پژوهشگر دکترای تخصصی علوم اعصاب و نویسنده وبسایت انستیتو سلامت مغز دانا.
ما در اینجا با انتشار مطالب علمی تلاش میکنیم سهم کوچکی در افزایش آگاهی یکدیگر در شناخت مغز داشته باشیم.
ممنونم که با ما همراه هستید..