واسط مغز و کامپیوتر یا (Brain Computer Interface) که به اختصار BCI نامیده میشود. یک تکنولوژی برای ارتباط مستقیم مغز انسان با سیستمهای کامپیوتری است . این سیستم مبتنی بر ثبت سیگنال های مغزی افراد الکتروانسفالوگرام می باشد در این تکنولوژی با استفاده از ثبت سیگنال های مغزی سعی می شود تا به دستوراتی که از سمت مغز صادر می شود دسترسی پیدا کرد و این دستورات را به فرامین قابل درک برای سیستم کامپیوتری تبدیل کرد . در نهایت سیستم کامپیوتری می تواند براساس نوع سیگنال و فرمان صادر شده از این پیام ها استفاده کند.
تاریخچه BCI با کشف فعالیت‌های الکتریکی مغز انسان توسط هانز برگر و توسعه الکتروانسفالوگرافی (EEG) آغاز شد. در ۱۹۲۴، برگر اولین کسی بود که به وسیله دستگاه EEG فعالیت‌های مغز انسان را ضبط کرد. برگر توانست فعالیت‌های ریتمیک فرکانسی مغز مثل امواج برگر یا امواج آلفا را با آنالیز کردن دنباله‌های نوار مغزی تشخیص دهد.
اولین دستگاه ضبط کننده برگر بسیار ابتدایی بود. او تعدادی سیم نقره را به زیر جمجمه بیمارانش وارد می‌کرد. بعدها فویل‌های نقره‌ای با باندهای پلاستیکی که به سر بیماران متصل می‌شدند، جایگزین آن شد. برگر این سنسورها را به دستگاه برق‌سنج مویرگی لیپومان (دستگاهی برای اندازه‌گیری تحرکات کوچک جریان الکتریکی) متصل کرد که با نتایج ناامیدکننده‌ای رو به رو شد. با این حال، دستگاه‌های اندازه‌گیری دقیق‌تر مانند گالوانومتر ضبط کننده با سیم‌پیچ دوبل زیمنس که حتی می‌توانست ولتاژهای الکتریکی به کوچکی یک ده هزارم ولت را اندازه‌گیری کند، نتایج موفقیت‌آمیزی داشت.
برگر رابطه متقابل تغییرات در نمودارهای EEG خود را با بیماری‌های مغزی تجزیه و تحلیل کرد. EEG امکاناتی کاملاً جدید را برای تحقیق در مورد فعالیت‌های مغز انسان فراهم میکند.
اگرچه این اصطلاح هنوز ابداع نشده بود، یکی از اولین مثال‌های استفاده از رابط مغز و کامپیوتر، قطعه Music for Solo Performer توسط آهنگساز آمریکایی آلوین لوسیه بود. در این قطعه از EEG و سخت‌افزارهای پردازش سیگنال آنالوگ (مانند فیلتر، تقویت کننده و یک بورد میکسر) برای شبیه‌سازی آلات موسیقی کوبه‌ای استفاده شد. برای اجرای قطعه باید امواج آلفا تولید کرد و در نتیجه صدای چندین ساز مختلف کوبه‌ای از طریق بلندگوهایی که نزدیک یا مستقیم روی خود سازها قرار می‌گیرند، به گوش می‌رسد.
پروفسور ژاک ویدال از دانشگاه کالیفرنیا، اصطلاح «BCI» را ابداع کرد و اولین نشریه معتبر را در این زمینه ارائه داد. ویدال به طور گسترده‌ای به عنوان مخترع BCI در جامعه BCI شناخته شده است، همان‌طور که در مقالات متعدد بررسی شده توسط هم‌نسلان خود، این مورد ذکر شده است. در سال ۱۹۷۳ در مقاله‌اش به نام «چالش‌های BCI» بیان کرد: کنترل یک جسم خارجی به وسیله سیگنال‌های EEG. هم‌چنین به پتانسیل تغییرات منفی احتمالی (زمان واکنش بین هشدار و سیگنال انجام که توسط EEG اندازه‌گیری میشود) به عنوان یک چالش در کنترل BCI اشاره کرد. در ۱۹۷۷، آزمایشی که ویدال انجام داد، اولین کاربرد BCI بعد از مقاله چالش‌های BCI او در سال ۱۹۷۳ بود. این آزمایش یک EEG غیرتهاجمی (در واقع پتانسیل‌های برانگیخته بصری (VEP)) برای کنترل یک شی گرافیکی شبیه اشاره‌گر روی صفحه کامپیوتر بود.
ویدال پس از مشارکت‌های اولیه خود، سال‌ها در تحقیقات BCI و رویدادهای BCI مانند کنفرانس‌ها فعال نبود. با این حال، در سال ۲۰۱۱، او با پشتیبانی پروژه Future BNCI، در گراتس اتریش سخنرانی کرد و اولین مدل BCI را ارائه داد که مورد استقبال گسترده قرار گرفت. همسرش، لریس ویدال، که پیش از این در اولین پروژه BCI با او در UCLA کار می کرد، به او پیوست.
یکی از متداول ترین استفاده ها از سیستم واسط مغز و رایانه (BCI) کمک به افراد دارای معلولیت حرکتی است. فرد با معلولیت در اندام فوقانی ، دست ها یا یا اندام تحتانی مانند عدم توانایی در راه رفتن می تواند از این سیستم استفاده کند و به ناتوانی خود در حرکت اندام ها غلبه کند . اما باید توجه داشت که این سیستم بیشتر در مواردی استفاده می شود که در ارتباط مغز و اندام ها اختلالی وجود داشته باشد. فردی را تصور کنید که بر اساس یک حادثه قطع نخاع شده در این حالت فرد ارتباط بین مغز و سیستم عصبی خود را از دست داده است و سیستم BCI می تواند مانند یک پل این ارتباط را مجددا برقرار نماید.
در مثالی دیگر استفاده از سیستم واسط مغز و رایانه (BCI)می تواند به گونه ای دیگر رقم بخورد برای مثال فرد توانایی تکلم خود را از دست داده ولی ذهنی سالم و پویا دارد در این حالت این سیستم می تواند مانند یک مترجم افکار و لغات مورد نظر را به سیستم کامپیوتری منقل کند و سیستم با نمایش این افکار ، سبب ارتباط فرد با افراد دیگر و محیط پیرامون وی خواهد شد. در این سیستم با انتخاب حروف کلمات تشکیل و سپس یک جمله ی کامل شکل می گیرد و منظور فرد منتقل می شود.
نوروفیدبک با استفاده از ثبت امواج الکتریکی مغز و دادن بازخورد تلاش میکند نوعی خودتنظیمی را به فرد آموزش دهد. بازخورد به طور معمول از راه صدا یا تصویر به فرد ارائه میشود و از این طریق فرد متوجه میشود که آیا تغییر مناسبی را در فعالیت امواج مغزی خود ایجاد کرده‌است یا خیر. امواج مغزی ثبت شده در قالب بازی رایانه ای یا فیلم به فرد نمایش داده می شود و در بازی رایانه ای کنترل بازی با امواج مغزی و بدون دخالت دست اتفاق می افتد. فرد با گرفتن امتیاز یا شکست در ادامه ی بازی متوجه می شود که آیا موفق به کنترل امواج مغزی خود شده است یا خیر .
از جمله کاربردهای دیگر این سیستم می تواند در افراد عادی و به عنوان سرگرمی باشد امروزه در دنیای تکنولوژی شرکت ها و استارت آپ های مختلفی روی این سیستم ها سرمایه گذاری کرده اند به گونه ای که چندین نمونه ی موفق و تجاری در کاربرد های مختلف برای این سیستم به صورت سخت افزاری و نرم افزاری گسترش داده شده است . هدست های مبتنی بر رابط مغز و رایانه در بازار امروز در دسترس همگان قرار گرفته است این هدست ها می توانند فرامین مختلفی را اجرا کنند و درکنار ارائه ی یک سرگرمی جدید به قدرت تمرکز فرد نیز بیافزاید در ویدیوی زیرمعرفی هدست شرکت NEXT MIND را مشاهده می کنیم که عملکردی فوق العاده در افزایش تمرکز و اجرای فرامین روزمره را نشان می دهد.
در حال حاضر، خیر! BCI نمی‌تواند به مقدار لازم ذهن شما را دقیق بخواند تا بفهمد در هر لحظه به چه چیزی فکر می‌کنید. پس دلیل ترس افراد از BCI چیست؟ هم اکنون محققان، بیشتر به دنبال نمونه‌برداری از حالات احساسی یا حرکاتی که قصد دارید انجام دهید، هستند. BCI می‌تواند بفهمد که یک شخص در حال فکر کردن به «بله» یا «خیر» است ولی تشخیص تفکرات خاص، مانند اینکه بفهمد شما در حال حاضر یک ساندویچ پنیری را دوست دارید یا اینکه رییس شما واقعا شما را آزار داده است، فراتر از علم بسیاری از رابط‌های مغز و رایانه است. اما شاید در آینده‌ای نزدیک این امکان نیز تا حدی برآورده شود.
پژوهشگران دهه‌هاست که به قابلیت‌ها و توانایی‌های BCI علاقه‌مند شده‌اند ولی این تکنولوژی با سرعت بسیار سریعی به لطف نرم‌افزارهای هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، نسبت به چیزی که اغلب پیش‌بینی کرده بودند، پیشرفت کرده است. همان‌طور که این‌گونه سیستم‌ها پیچیده‌تر می‌شوند، توانایی‌های آن‌ها در تفسیر سیگنال‌هایی که از مغز می‌آید، جداسازی سیگنال از نویز و مرتبط‌سازی سیگنال الکتریکی مغز با افکار واقعی، افزایش می‌یابد.
از برترین شرکت های دنیا که در حوزه BCI فعالیت میکند به مدیریت ایلان ماسک میباشد. ایلان ماسک قصد دارد تا با استفاده از تراشه های کاشتنی در مغز این تکنولوژی را به صورت قابل ملاحظه ای گسترش دهد. این شرکت با ارایه ی یک الکترود کاشتنی در مغز یک روش تهاجمی اما باکیفیت بالا را برای سیستم واسط مغز و رایانه (BCI)گسترش می دهد.با توجه به موفقیت شرکت های تحت مالکیت ایلان ماسک امید می رود این پروژه نیز دستاورد های خیره کننده ای داشته باشد.
گردآورنده: زهرا بابارحمتی
نام استاد: دکتر مریم حاجی اسمعیلی
(دکترای علوم کامپیوتر از دانشگاه کینگستون لندن)
