گامی به سوی نسل آینده سامانه های رابط مغز و رایانه

رابط‌های مغز و رایانه (BCI) ابزارهای کمکی در حال ظهوری هستند که ممکن است روزی به افراد مبتلا به آسیب مغزی یا نخاعی برای حرکت و برقراری ارتباط کمک کنند. سامانه‌های BCI متکی به حسگرهای قابل کاشتی هستند که سیگنال‌های الکتریکی مغز را ثبت و از آنها برای هدایت دستگاه‌هایی همچون رایانه و پرتزهای رباتیک استفاده می‌کنند. بیشتر سامانه‌های فعلی از یک یا دو حسگر برای نمونه‌برداری از چند صد نورون استفاده می‌کنند، اما دانشمندان علوم اعصاب به سامانه‌هایی علاقه‌مند هستند که قادر به جمع‌آوری داده‌ها از گروه‌های بزرگتر سلول‌های مغزی باشند. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

گامی به سوی نسل آینده سامانه های رابط مغز و رایانه

مفهوم ذرات عصبی

در حال حاضر، گروهی از پژوهشگران گامی کلیدی در جهت ایجاد یک مفهوم جدید برای سامانه‌های آینده BCI برداشته‌اند. این سامانه از شبکه‌ای هماهنگ از حسگرهای عصبی میکروسکوپی مستقل و بی‌سیم، هر کدام به اندازه یک دانه نمک، برای ثبت و تحریک فعالیت مغز استفاده می‌کند. این حسگرها ذرات عصبی (neurograins) نامیده می‌شوند و به طور مستقل پالس‌های الکتریکی حاصل از فعالیت نورون‌ها را ثبت کرده و سیگنال‌ها را به صورت بی‌سیم به یک مرکز ارسال می‌کنند تا سیگنال‌ها هماهنگ و پردازش شوند.

در پژوهشی که در ۱۲ آگوست در Nature Electronics منتشر شد، این گروه استفاده از حدود ۵۰ حسگر جدید مستقل را برای ثبت فعالیت عصبی در جوندگان نشان داد.

به گفته پژوهشگران، این نتایج گامی به سوی سامانه‌ای است که روزی می‌تواند ضبط سیگنال‌های مغزی را با جزئیات بی‌سابقه‌ای ممکن کند و به بینش جدیدی در مورد شیوه عملکرد مغز و درمان‌های جدید برای افراد دچار آسیب مغزی یا نخاعی دست پیدا کند.

آرتو نورمیکو، استاد دانشکده مهندسی براون و نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: «یکی از چالش‌های بزرگ در زمینه رابط‌های مغز و رایانه، روش‌هایی برای بررسی بیشترین نقاط ممکن در مغز است. تاکنون، بیشتر حسگرها دستگاه‌هایی یکپارچه بوده‌اند، شبیه تخت‌های کوچک سوزنی. ایده گروه ما این بود که این حسگرهای یکپارچه را به حسگرهای کوچکی تقسیم کنیم که در قشر مغز توزیع می‌شوند».

چالش‌ها

این گروه که شامل متخصصان دانشگاه براون، دانشگاه بیلور، دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیگو و کوالکام است، کار توسعه این سامانه را حدود چهار سال پیش آغاز کرد. نورمیکو گفت: این چالش دو بخش داشت. بخش نخست نیاز به کوچک کردن وسایل الکترونیکی داشت که در تشخیص، تقویت و انتقال سیگنال‌های عصبی نقش داشتند. این گروه ابتدا قطعات الکترونیکی را بر روی رایانه طراحی و شبیه‌سازی کرد تا توانست تراشه‌های عملیاتی را تولید کند.

دومین چالش ایجاد مرکز ارتباطات در خارج بدن بود که سیگنال‌ها را از تراشه‌های کوچک دریافت می‌کرد. این دستگاه یک تکه نازک است، تقریباً به اندازه یک انگشت شست، که به پوست سر و روی جمجمه متصل می‌شود. این دستگاه مانند یک برج مینیاتوری تلفن همراه عمل می‌کند و از پروتکل شبکه‌ای برای هماهنگ‌سازی سیگنال‌های عصبی استفاده می‌کند. همچنین این پچ به صورت بی‌سیم نیروی ذرات عصبی را تأمین می‌کند، که برای کار با کمترین میزان انرژی طراحی شده‌اند.

Jihun Lee، پژوهشگر پسادکتری در براون و نویسنده اصلی این مطالعه گفت: «این کار یک چالش چند رشته‌ای واقعی بود. ما مجبور بودیم متخصصانی در زمینه الکترومغناطیس، ارتباطات فرکانس رادیویی، طراحی و ساخت مدار، علم عصب شناسی برای طراحی و کارکرد سیستم عصبی مغز گردآوریم».

هدف از این مطالعه نشان دادن توانایی این سامانه بود که می‌تواند سیگنال‌های عصبی را از مغز زنده، در این مورد مغز جوندگان ثبت کند. این گروه ۴۸ ذره عصبی را روی قشر مغز، لایه بیرونی مغز حیوان قرار دادند و سیگنال‌های عصبی مرتبط با فعالیت‌های بی‌اختیار مغز را با موفقیت ثبت کردند.

این گروه همچنین توانایی دستگاه‌ها برای تحریک مغز و همچنین ثبت از آن را آزمایش کردند. تحریک با پالس‌های الکتریکی کوچک انجام می‌شود که می‌تواند عصب‌ها را فعال کند. پژوهشگران امیدوارند این تحریک توسط همان مرکز که ضبط عصبی را هماهنگ می‌کند هدایت شود و بتواند عملکرد مغز از دست رفته در اثر بیماری یا آسیب را بازیابی کند.

اندازه مغز حیوان برای این مطالعه، گروه را به ۴۸ ذره عصبی محدود کرد، اما داده‌ها نشان می‌دهد که پیکربندی فعلی سامانه می‌تواند تا ۷۷۰ حسگر را پشتیبانی کند. در نهایت، گروه پیکربندی هزاران ذره عصبی را در نظر دارد، که می‌تواند تصویری در حال حاضر دست نیافتنی از فعالیت مغز ارائه دهد.

کارهای بیشتری باید انجام شود تا این سامانه به واقعیت تبدیل شود، اما پژوهشگران گفتند این مطالعه گامی کلیدی در این جهت است. نورمیکو معتقد است: «امید ما این است که در نهایت بتوانیم سامانه‌ای توسعه دهیم که بینش‌های علمی جدیدی در مورد مغز و درمان‌های جدید ارائه دهد که می‌تواند به افرادی که از آسیب‌های ویرانگر رنج می‌برند کمک کند».


بیشتر بخوانیم:

>> رباتیک پوشیدنی و رابط های مغز و رایانه موجب بهبود توانبخشی سکته مغزی میشوند

>> رابط مغز و رایانه دست خط ذهنی معلولان را به متن تبدیل میکند


منبع: brown.edu

«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 *