چگونه می‌توان بدون شکافتن سر، مغز انسان را به کامپیوتر متصل کرد

چگونه می‌توان بدون شکافتن سر، مغز انسان را به کامپیوتر متصل کرد

پژوهشگران با کمک الکترودهایی که از عروق خونی مغز انسان عبور داده می‌شوند، به افراد اجازه می‌دهند گجت‌های کامپیوتری را با ذهن خود کنترل کنند.

قسمت دشوار اتصال مغز به کامپیوتر، گرفتن اطلاعات از جمجمه‌ی ضخیم انسان است. تنها راه برای آگاهی از آنچه درون مغز دیگری می‌گذرد، ازطریق استنباط است. مردم بر اساس کاری که مغز دستور انجام آن را به بدن می‌دهد (مانند گفتار یا حرکات خاص)، در مورد عملکرد مغز دیگران نتیجه‌گیری می‌کنند. این مشکلی برای افرادی است که سعی می‌کنند نحوه‌ی عمل مغز را درک کنند و حتی مشکلی بزرگ‌تر برای افرادی است که به‌علت آسیب یا بیماری قادر به حرکت یا سخن گفتن نیستند.

فناوری‌های پیشرفته تصویربرداری (مانند MRI) می‌توانند سرنخ‌هایی دراختیار ما قرار بدهند؛ اما داشتن ابزاری مستقیم‌ به‌مراتب بهتر است. تکنسین‌ها برای دهه‌ها در تلاش بوده‌اند بین مغز و صفحه‌کلید کامپیوتر یا بازوهای ربات ارتباط ایجاد کنند. به‌تازگی گروهی از دانشمندان و مهندسان نتایج روش امیدوارکننده‌ی جدیدی را در این زمینه ارائه کرده‌اند. روش آن‌ها شامل قرار دادن الکترودها روی لوله‌ای بسط‌پذیر و فنرمانند به‌نام «استنت» و رد کردن آن از عروق خونی است که به مغز منتهی می‌شود.

آزمایش های پژوهشگران

پژوهشگران در آزمایش‌هایی که روی دو نفر انجام شد، استنت را ازطریق سیاهرگ گلو به رگی در نزدیکی قشر حرکتی اولیه مغز رساندند و در آنجا فنر را رها کردند. الکترودها به دیواره عروق خونی چسبیدند و هنگامی که مغز در مورد قصد حرکت افراد سیگنال می‌داد، الکترودها سیگنال‌ را حس می‌کردندو آن را به‌طور بی‌سیم ازطریق فرستنده مادون قرمزی که با جراحی درون قفسه سینه افراد قرار داده شده بود، به کامپیوتر ارسال می‌کردند.

پژوهشگران در مقاله‌ی خود توصیف می‌کنند چگونه دو فرد دچار فلج ناشی‌ از اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (بیماری لو گریگ) از چنین دستگاهی برای ارسال متن و جستجوی آنلاین استفاده کردند. توماس اوکسلی، دانشمند عصب‌شناس و مدیرعامل شرکت سنکرون که امیدوار است این فناوری را تجاری‌سازی کند، می‌گوید : «کارآیی فناوری استنت خودبازشونده در درمان بیماری‌های قلبی و عصبی و بیماری‌های دیگر به‌خوبی نشان داده شده است. ما فقط از این ویژگی استنت استفاده می‌کنیم و الکترودها را بالای استنت قرار می‌دهیم.»

پس از اینکه شرکت‌کنندگان مطالعه تحت این رویه قرار گرفتند و به خانه بازگشتند، برای مدتی آموزش دیدند. استنت مجهز به الکترود می‌تواند سیگنال‌های مغز را بگیرد؛ اما الگوریتم‌های یادگیری ماشین باید متوجه شوند سیگنال‌ها چه چیز را نشان می‌دهند.

پس از چند هفته کار، هر دو بیمار توانستند از ردیاب چشم برای حرکات دادن مکان‌نما استفاده کنند و سپس با فکر کردن، کلیک کنند.شاید این کار چندان قابل ‌توجه نباشد؛ اما برای آن دو نفر کافی بود تا بتوانند پیام متنی ارسال کنند، به‌صورت آنلاین خرید کنند و دیگر فعالیت‌های عادی آنلاین را انجام دهند.

سازمان غذا و داروی آمریکا

سازمان غذا و داروی آمریکا هنوز چیزی که اوکسلی آن را «استنترود» می‌خواند، برای استفاده‌ی گسترده تأیید نکرده و شرکت هنوز به‌ دنبال بودجه برای آزمایش‌های بیشتر است. اما نتایج مقدماتی نشان می‌دهد دستاورد آن‌ها یک رابط مغز و کامپیوتر کاربردی است.

البته سیگنالی که رابط دریافت می‌کند، حاوی اطلاعات زیادی نیست؛ اما برای برخی کاربردها شاید همین مقدار کافی باشد. اوکسلی می‌گوید: «در مورد داده‌ها و کانال‌ها صحبت‌های زیادی می‌شود؛ ولی چیزی که باید مهم باشد این است که آیا محصول تغییردهنده‌ی زندگی را به بیمار تحویل داده‌اید؟ ما به کمک چندین خروجی می‌توانیم به افراد توانایی کنترل ویندوز ۱۰ بدهیم.»

پژوهش های شرکت ایلان ماسک

اخیرا اخبار زیادی در مورد رابط‌های مغز و کامیپوتر و پروتزهای عصبی بلندپروازانه منتشر شده است. ماه گذشته شرکت نورالینک ایلان ماسک نوعی رابط مغز و کامپیوتر را به نمایش گذاشت. این رابط دارای بیش از هزار الکترود انعطاف‌پذیر است که برای وارد شدن مستقیم به مغز به کمک ربات جراح طراحی شده؛ البته نورالینک تاکنون فقط استفاده‌ی کوتاه‌مدت از آن را در خوک‌ها نشان داده است.

عوارض کارگذاری چیپ در مغز

قرار دادن الکترود در مغز کار دشواری است و جراح چه ربات باشد چه انسان، خطراتی به‌همراه دارد. حتی الکترودهای نازک و انعطاف‌پذیری مانند انواعی که نورالینک نشان داده است به اندازه‌ی کافی تهاجمی هستند که مغز بخواهد دربرابر آن‌ها دفاع کند و آن‌ها را با سلول‌های گلیال بپوشاند.

این امر توانایی هدایت ایمپالس‌های الکتریکی الکترودها را کاهش می‌دهد. درحالی‌که الکترودهای کاشته‌شده مانند موارد رایج‌تری که در آرایه یوتا استفاده می‌شود، می‌توانند سیگنال‌های واضحی از نورون‌های انفرادی بگیرد، علم هنوز در حال درک معنای آن سیگنال‌ها است. علاوه‌براین، ازآن‌جایی که مغز ساختار ژله‌مانندی دارد، الکترودهای ثابت در محل می‌توانند به آن آسیب برسانند.

بیماران ناتوان مبتلا به اسکلروز جانبی آمیوتروفیک از رابط‌های جدید به‌عنوان رابط‌های موفقیت‌آمیز مغز و کامپیوتر استفاده کردند؛ البته به آموزش، نگه‌داری، جراحی و .. نیاز دارند. در همین حین، الکترودهایی که مستقیما روی پوست سر قرار می‌گیرند، می‌توانند امواج مغزی را دریافت کنند؛ اما از جزئیات مکانی الکترودهای کاشته‌شده برخوردار نیستند.

دانشمندان عصب‌شناس به‌طور تقریبی می‌دانند کدام بخش از مغز چه کاری انجام می‌دهد؛ اما هرچه بیشتر درمورد اینکه کدام نورون‌ها شلیک می‌شوند بدانید، هدف آن‌ها را بهتر درک خواهید کرد.

ECoG

نوآوری جدیدتری که الکتروکورتیکوگرافی (ECoG) نام دارد، شبکه‌ای از الکترودها را مستقیما روی سطح مغز قرار می‌دهد. الکتروکورتیکوگرافی در ترکیب با پردازش طیفی هوشمند سیگنال‌هایی که الکترودها دریافت می‌کنند، به اندازه‌ی کافی خوب است تا فعالیت الکتریکی را در بخشی از قشر حرکتی مغز که کنترل‌کننده‌ی لب‌ها، آرواره و زبان است، به متن یا حتی گفتار ترجمه کند.

رویکردهای دیگری نیز وجود دارد. استارتاپ CTRL-labs که فیسبوک آن را در سال ۲۰۱۹ با قیمتی حدود ۱ میلیارد دلار خرید، در تلاش است تا سیگنال‌های حرکتی را از اعصاب مچ دست بگیرد. شرکت کرنل از طیف‌سنجی عملکردی مادون قرمز نزدیک روی دست برای حس کردن فعالیت مغز استفاده می‌کند.

در ادامه تحقیقات

استنترود اوکسلی اگر همچنان نتایج خوبی نشان دهد، در موقعیتی میان طیف الکترودهای کاشته‌شده و EEG (الکتروانسفالوگرافی) قرار می‌گیرد. البته مخترعان آن امیدوار هستند بیشتر به مورد اول نزدیک‌ شود؛ اما هنوز روزهای اول آن است. ویکاش گیلجا که هدایت آزمایشگاه Translational Neural Engineering را در سن‌دیگو برعهده دارد، می‌گوید: «فناوری و ایده‌ی اصلی بسیار جالب هستند؛ اما با توجه ‌به مکان دسترسی به سیگنال‌ها، من انتظار دارم این رابط نسبت ‌به دیگر استراتژی‌های رابط مغز و ماشین دقت کمتری در دریافت سیگنال‌ها داشته باشد.

ما حداقل می‌دانیم ثبت الکتروکورتیکوگرافی دارای تراکم بالا از سطح مغز می‌تواند اطلاعاتی فراتر از آن‌چه در این مقاله نشان داده است، منتقل کند. همچنین بافت ایمپالس‌های الکتریکی را هدایت می‌کند؛ اما الکترودهای موجود در استنت سیگنال‌های مغز را ازطریق سلول‌های عروق خونی دریافت می‌کنند که این امر موجب کاهش محتوای سیگنال می‌شود.» البته باید گفت گیلجا با شرکت‌های رابط مغز و کامپیوتر ازجمله نورالینک همکاری دارد که ممکن است سنکرون روزی با آن‌ها رقابت کند.

بنابراین رابط جدید ممکن است برای علوم اعصاب به اندازه‌ی کافی خوب نباشد؛ اما می‌تواند برای فردی که فلج است و رابط مغز و کامپیوتر ساده‌ای می‌خواهد که به سوراخ کردن جمجمه نیازی نداشته باشد، بسیار مفید باشد.

اندرو پروسینسکی، عصب‌شناس دانشگاه وسترن کانادا، می‌گوید: «رابطه معکوسی بین تهاجمی بودن و میزان جمع‌آوری اطلاعات از مغز وجود دارد. روش جدید تلاشی برای حفظ تعادل در این زمینه و وارد کردن یک کاتتر نزدیک محلی است که فعالیت عصبی در آن‌ها رخ می‌دهد. این روش نیز تهاجمی است؛ اما میزان تهاجمی بودن آن قطعا به اندازه‌ی روش وارد کردن الکترود به مغز نیست.»

سخن آخر

تیم اوکسلی امیدوار است مطالعه‌ی خود را روی افراد بیشتری آزمایش کند. آن‌ها به ‌دنبال اثرات جانبی احتمالی هستند؛ مانند احتمال اینکه استنت بتواند موجب سکته شود (اگرچه به ‌نظر می‌رسد احتمال این مسئله کم باشد؛ زیرا استنت در دیواره‌ی عروق قرار می‌گیرد). آن‌ها به‌دنبال مکان‌های بهتری در عروق خونی مجاور مناطق دیگر مغز برای قرار دادن استنت خواهند بود.

نرم‌افزار آن‌ها نیز می‌تواند تاحدودی بهبود پیدا کند و درک بهتری از معنای واقعی سیگنال‌های الکتریکی مغز به دست آورد. برخی از آزمایش‌های آن‌ها نشان داده است که این سیستم می‌تواند جزئیات اطلاعاتی بیشتری بگیرد؛ نظیر اینکه کاربر در تلاش است کدام عضله‌ی خود را منقبض کند.

این پیشرفت می‌تواند منجر به ساخت پروتزهای مفیدتر یا کنترل دستگاه‌هایی فراتر از ویندوز ۱۰ شود. اوکسلی می‌گوید: «در حال ‌حاضر این سیستم حرکتی قرار است درمانی برای افراد فلج فراهم کند؛ اما وقتی ما مناطق دیگر مغز را نیز در این فرایند مشارکت دهیم، خواهید دید این فناوری چگونه قدرت پردازش مغز را آشکار می‌کند.»

نمی‌توان پیش‌بینی کرد وقتی دانشمندان واقعا نحوه‌ی دسترسی به مغز افراد را یاد بگیرند، چه اتفاقی خواهد افتاد و چه ابزارهایی ابداع خواهد شد.

از اینکه دراین گزارش به همراه تیم چی میخواین بوده‌اید ممنون هستیم.