بهینه کردن تحریک نوری برای بازگرداندن بینایی نابینایان

دانشمندان مؤسسه پلی‌تکنیک فدرال لوزان (EPFL) یک پروتکل شخصی برای بهینه‌سازی تحریک رشته‌های عصبی بینایی در نابینایان پیشنهاد داده‌اند که بازخورد مغز فرد را در نظر می‌گیرد. این پروتکل روی شبکه‌های عصبی مصنوعی آزمایش شده است تا فیزیولوژی کل سیستم بینایی، از چشم گرفته تا قشر بینایی، را شبیه‌سازی کند. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

بهینه کردن تحریک نوری برای بازگرداندن بینایی به نابینایان

تحریک سیستم عصبی

تحریک سیستم عصبی روش جدیدی برای درمان اختلالات انسانی است. مانند بازوها و پاهای مصنوعی که حس لامسه را به افراد قطع عضو باز می‌گرداند، نوک انگشتان مصنوعی که بازخورد حسی دقیقی فراهم می‌کند و تحریک داخلی برای بازگرداندن حس بینایی به نابینایان.

دانشمندان در یک همکاری اروپایی نشان داده‌اند که تحریک عصب بینایی یک فناوری امیدوار کننده برای کمک به نابینایان است، با این محدودیت که فناوری فعلی توانایی ارائه سیگنال‌های بصری ساده را دارد.

چشم‌انداز دانشمندان این است که این سیگنال‌های بصری ساده را برای کمک به نابینایان در زندگی روزمره بکار ببرند. تحریک عصب بینایی از اقدامات تهاجمی مانند تحریک مستقیم قشر بینایی مغز جلوگیری می‌کند. اما چگونه می‌توان تحریک عصب بینایی را برای تولید احساسات بصری سازگار و معنی‌دار بهینه کرد؟

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که پروتکل جدید تحریک عصب بینایی راهی امیدوار کننده برای تولید سیگنال‌های بصری شخصی است. این پروتکل روی شبکه‌های عصبی مصنوعی که کل سیستم بینایی را شبیه‌سازی می‌کند، آزمایش شده است. به این شبکه‌ها، شبکه‌های عصبی کانولوشن (CNN) گفته می‌شود که معمولاً در بینایی رایانه برای تشخیص و طبقه‌بندی اشیا استفاده می‌شود. دانشمندان همچنین آزمایش‌هایی را روی ده فرد سالم انجام دادند تا مشخص شود آنچه فرد از تحریک عصب بینایی می‌بیند با نتایج بدست آمده از شبکه‌های عصبی کانولوشن سازگار است.

بهینه کردن تحریک نوری برای بازگرداندن بینایی به نابینایان

Simone Romeni، دانشمند EPFL و نخستین نویسنده این مطالعه، توضیح می‌دهد: «ما فقط سعی در تحریک عصب بینایی برای ایجاد یک درک بصری نداریم. ما در حال توسعه روشی برای بهینه‌سازی پروتکل‌های تحریک هستیم به گونه‌ای که شیوه پاسخ سیستم بینایی به تحریک را در نظر می‌گیرد».

بازیابی بینایی با وضوح کم

ایده، تحریک عصب بینایی برای القای فسفن‌ها و ایجاد نور در یک منطقه از دید فرد است. دانشمندان EPFL قصد دارند از الکترودهای عصبی استفاده کنند، آنهایی که به جای قرار گرفتن در اطراف عصب، در آن رسوخ می‌کنند. اما هنوز محدودیت‌های عظیمی در تصویر درک شده وجود دارد.

‌این محدودیت از فیزیولوژی عصب بینایی در مقایسه با ابعاد فناوری الکترود ناشی می شود. الکترود، مکان‌های تحریک را مشخص می‌کند که تعداد آنها در مقایسه با میلیون‌ها آکسون جمع شده در عصب بینایی اندک است. به عبارت دیگر، یک محل تحریک معین به صدها تا هزار رشته عصبی اطراف شبکیه متصل می‌شود و منجر به تحریک الکتریکی بسیار وسیعی می‌شود.

تنظیم این تحریک الکتریکی وسیع، یک چالش اساسی برای همه پروتزهای عصبی است. از طرفی سیگنال‌های نوری در مقایسه با سیگنال‌هایی که بازخورد حسی از اندام‌های فوقانی و تحتانی را ارائه می‌دهند، بسیار پیچیده‌تر هستند.

بهینه کردن تحریک نوری برای بازگرداندن بینایی به نابینایان

این پژوهش نخستین مطالعه‌ای است که روی بهینه‌سازی خودکار پروتکل‌های تحریک عصب بینایی تمرکز می‌کند‌. Romeni توضیح می‌دهد: «مهمترین پیشرفت مربوط به این واقعیت است که برای نخستین بار، ما مسئله بهینه‌سازی تحریک عصب را با بستن حلقه بر روی الگوهای فعال‌سازی قشر مغز تعریف کرده‌ایم. ایده این است که از سیگنال‌های قشر مغز برای هدایت تحریک عصبی بهره ببریم».

Davide Zoccolan استاد مغز و اعصاب می‌گوید: «مطالعه ما نشان می‌دهد که می‌توان الگوهای فعالیت مورد نظر را از لایه‌های عمیق CNN که مناطق بینایی قشر مغز را شبیه‌سازی می‌کنند، استخراج کرد. گام بعدی این است که بفهمیم چه الگوهایی باید القا شود تا بتوان شی را دید. برای پاسخگویی به این چالش، ما اکنون در حال ساخت مدل‌های پیش‌بینی کننده پاسخ‌های عصبی بر اساس CNN هستیم».

چالش‌ها بسیار زیاد است، اما دانشمندان در حال برداشتن گام‌هایی برای تبدیل این چشم‌انداز به واقعیت هستند.


بیشتر بخوانیم:

>> سامانه بیونیک Prima ویژه نابینایان

>> با این کوله پشتی مجهز به هوش مصنوعی نابینایان میتوانند بدون عصا در انظار عمومی راه بروند


منبع: news.epfl.ch

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *