اولین دستگاه BCI قابل نصب و اجرا که فعالیت مغز را به عمل تبدیل می‌کند

منتشرشده در Medium به تاریخ ۱۹ سپتامبر ۲۰۲۰
لینک مطلب اصلی: First-ever Plug-and-play BCI device translates brain activity into action

مغز مهم‌ترین اندام بدن است؛ از بلند کردن دست شما برای انجام یک کار آسان تا حل یک مسئله پیچیده ریاضی، نورون‌های این بخش از بدن این وظایف را پردازش می‌کنند. رمزگشایی این فعالیت مغز می‌تواند طیف وسیعی از امکانات پزشکی را ایجاد کند که می‌تواند منجر به غربالگری موثر در برابر بیماری‌های مختلف شود.

ما تاکنون تحقیقات زیادی در مورد چگونگی استفاده از تکنولوژی برای درمان بیماری‌های مختلف انجام داده‌ایم. در حالی که نانوتکنولوژی به عنوان فناوری که نقش بزرگی در آینده مراقبت‌های بهداشتی دارد در نظر گرفته می‌شود، ما در حال حاضر شاهد برخی کاربردهای عملی هستیم که از طریق واسط‌های مغز-کامپیوتر (BCI) مورد آزمایش قرار می‌گیرند.

سال گذشته، من در مورد اینکه چگونه یک استخوان‌بندی خارجی ذهن خوانی به یک مرد کاملا فلج اجازه می‌دهد دوباره راه برود، نوشتم. سپس چند ماه پیش، خبرهایی در مورد BCI وجود داشت که حس حیاتی یک مرد فلج را احیا کرده بود. همچنین یک مطالعه شایان‌ذکر دیگر یک مطالعه پیشگامانه بود که در آن محققان از هوش مصنوعی استفاده کردند که فعالیت مغز را به متن تبدیل می‌کرد - این فناوری به بیمارانی که نمی‌توانند صحبت یا تایپ کنند، کمک می‌کرد بتوانند ارتباط برقرار کنند.

« ما این کار را تلاشی برای ایجاد یک مشارکت میان دو سیستم یادگیری-مغز و کامپیوتر-می‌بینیم که در نهایت به رابط مصنوعی اجازه می‌دهد تا مانند دست یا بازوی خودشان به یک عضو بدن کاربر تبدیل شود.»

کرونش گانگلی، نویسنده ارشد، مطالعه

براساس همه این تحقیقات، دانشمندان در حال حاضر یک دستگاه BCI قابل نصب و راه‌اندازی (Plug-and-Play) را طراحی کرده‌اند که از روش‌های یادگیری ماشین برای فعال کردن استفاده بیماران از یک عضو مصنوعی، استفاده می‌کند. محققان در دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو (UCSF) یک BCI جدید ایجاد کرده‌اند که به مبتلایان به فلج امکان می‌دهد تا از طریق سیگنال‌های مغزی خود، کنترل دستگاه‌های پروتزی و اعضا را به دست آورند.

با اینکه BCI ها راه درازی را طی کرده‌اند، اما سیستم‌های موجود باید هر روز بازیابی و دوباره تنظیم شوند تا از فرآیند یادگیری طبیعی مغز استفاده کنند. این جایی است که این فرآیند از انتظارات فراتر می‌رود. با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین و با نرم‌افزار تولیدی که فعالیت مغز را به عمل تبدیل می‌کند، این سیستم مشارکت کامپیوتر و مغز را ایجاد می‌کند. هم چنین این اولین باری است که یک سیستم یادگیری مصنوعی به راحتی با فرآیندهای پیچیده یادگیری بلند مدت مغز کار می‌کند.

BCI مورد استفاده در این دستگاه آرایه ECoG نامیده می‌شود-صفحه‌ای از الکترودها به اندازه یک کاغذ یادداشت که با عمل جراحی در سطح مغز کاشته می‌شود (شکل بالا). بر خلاف ایمپلنت های BCI قبلی، که از الکترودهای تیز که در طول زمان سیگنال‌های خود را از دست می‌دادند، آن‌هایی که برای این آزمایش به کار رفتند نیاز به تنظیم روزانه نداشتند. همچنین نتایج نشان داد که مغز فرد فلج فعالیت خود را برای کنترل BCI بهینه کرده‌است.

طبق این مطالعه، شرکت‌کننده نه تنها در یک کارآزمایی بالینی طراحی‌شده برای تست استفاده از آرایه‌های ECoG برای کنترل دست و بازوی مصنوعی بیماران فلج شرکت کرد، بلکه از ایمپلنت برای کنترل یک مکان‌نمای کامپیوتری بر روی صفحه نیز استفاده کرد. در اصل، الگوریتم یادگیری ماشین باید هر روز دوباره تنظیم می‌شد-یادگیری تدریجی برای مطابقت با حرکات مورد نظر کاربر با حرکت واقعی مکان‌نما بر روی صفحه. بااینحال، این فرآیند زمان زیادی برد.

در نهایت، محققان این الگوریتم را برای اینکه بتواند بدون نیاز هرروزه به تنظیم مجدد و شروع از صفر، به یادگیری درباره فعالیت مغز کاربر و حرکات مورد نظرش ادامه دهد،‌دستکاری کردند. این امر پلی بین مغز و هوش مصنوعی ایجاد کرد که منجر به بهبود مستمر در عملکرد در طول چندین روز شد.

حتی با خاموش‌کردن ویژگی به‌روزرسانی خودکار دستگاه نیز کاربر می‌تواند به سادگی متصل شده و هر روز شروع به استفاده از آن کند. این تیم پی برد که عملکرد سیستم علی‌رغم عدم تنظیم روزانه در یک دوره ۴۴ روزه، کاهش نیافته است. عدم استفاده از این دستگاه به مدت چند روز تنها منجر به کاهش جزیی در عملکرد شد.

این مقاله با استفاده از ربات ترجمه هوشمند متون تخصصی هوش مصنوعی ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است، در نتیجه ممکن است دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.