موانع پیشرفت رابط های مغز-رایانه (BCI)

تصور کنید بتوانید رایانه‌ی خود را تنها با فکر کردن کنترل کنید. شاید برایتان دور از ذهن به نظر برسد اما پژوهش‌های بسیاری در زمینه کنترل رایانه با ذهن انجام شده است. به چنین فناوری، رابط مغز-رایانه (Brain-Computer Interface) یا به اختصار BCI گفته می‌شود. شرکت‌ها و پژوهشگران بسیاری در این زمینه فعالیت می‌کنند. رایانه‌های کنترل‌شونده با مغز در حال تبدیل شدن به واقعیت هستند اما موانع عمده‌ای بر سر راه وجود دارد. در این مقاله به موانع پیشروی پیشرفت BCI می‌پردازیم.

حسگرها در مغز خوک‌ها-آنچه ایلان ماسک در حال اجرای آن است. ایلان ماسک اغلب با فعالیت‌هایش در شرکت تسلا و اسپیس ایکس شناخته شده است. او در شرکت Neuralink نیز فعالیت دارد. این شرکت در زمینه‌ی توسعه‌ی رابط‌های مغز-رایانه کار می‌کند. Neuralink در حال آزمایش فناوری جدید خود بر خوک‌ها است.

رابط مغز-رایانه ممکن است در آینده‌‌ای نزدیک بتواند به بهبود بیماران آسیب مغزی و ناتوان حرکتی کمک کند و یا تعامل بیماران را با محیط پیرامون افزایش دهد. تصور کنید شخص دچار اختلال حرکتی بتواند با ذهنش، صندلی چرخدار خود را هدایت کند و بدون حرکت دادن حتی یک انگشت، با وسایل خانگی و تلویزیون کار کند. BCI استقلال بیماران حرکتی و آسیب مغزی را در زندگی افزایش می‌دهد. حتی در بلندمدت توانایی‌های شناختی آن‌ها را ارتقا می‌دهد. با این وجود این فناوری شگفت‌انگیز هنوز با موانعی دست و پنجه نرم می‌کند.

دقت عملکرد رابط مغز-رایانه

دکتر فابین لوته (Fabien Lotte) مدیر تحقیقاتی Inria Bordeaux-Sud-Ouest در فرانسه در پژوهشی نشان داد رابط‌های مغز-رایانه کار می‌کنند اما به خوبی کار نمی‌کنند. رابط‌های مغز-رایانه، به دونوع اصلی غیرتهاجمی و تهاجمی دسته‌بندی می‌شوند. نسخه‌های غیرتهاجمی از رایج‌ترین رابط‌ها هستند. رابط غیرتهاجمی از حسگرهایی تشکیل شده است که بر روی پوست سر انسان قرار می‌گیرند. همانند یک کلاه با سیم‌های فراوان. در مقابل، رابط تهاجمی داخل جمجمه قرار می‌گیرد. رابط شرکت Neuralink از نوع تهاجمی است.

اگر بخواهیم با BCI و کنترل مغزی، نشانگر ماوس رایانه را به سمت چپ یا راست حرکت دهیم. بر اساس تحقیق دکتر لوته، دقت انواع BCI ها حدود ۶۰ درصد تا ۸۰ درصد است. دقت BCI به تعداد دستورات ذهنی بستگی دارد. اگر بخواهیم تنها نشانگر ماوس را به راست و چپ حرکت دهیم تنها دو دستور کافی است. بنابراین دقت رابط حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد است. چنین دقتی کافی نیست. اگر یک ماوس چنین خطایی داشته باشد ما از آن استفاده نخواهیم کرد!

کار کردن با BCI نیاز به مهارت و آموزش دارد

افزون بر مشکل دقت رابط‌ها، کاربران نیز به سختی یاد می‌گیرند چگونه از BCI استفاده کنند. کنترل BCI یک مهارت است که به آموزش نیاز دارد. بنابراین، علاوه بر فناوری با کیفیت، به کاربران آموزش دیده نیاز داریم.

دکتر لوته یک پروژه‌ی تحقیقاتی به نام BrainConquest را سرپرستی می‌کند. در این پروژه، روش آموزش به کاربران رابط‌های غیرتهاجمی طراحی شده است. پژوهشگران، تمرین‌هایی از جمله بازی ویدیویی با ذهن، به کاربران می‌دهند. کاربران تمرین می‌کنند به چه فعالیتی فکر کنند تا بر صفحه‌ی نمایش اجرا شود. یکی دیگر از پروژه‌های این گروه پژوهشی، طراحی سامانه‌های بازخورد همچون دستکش‌های لمسی است. این دستکش‌ها لرزش‌هایی بر دست کاربر ایجاد می‌کنند.

بازخورد اجتماعی مثل تشویق نیز مورد آزمایش قرار گرفت. گروه پژوهشی دکتر لوته از ربات کوچکی به نام PEANUT  برای آموزش کاربران استفاده کردند. ربات‌ها جایگزین مربی می‌شوند. ربات تفسیر یکنواخت‌تر از فعالیت مغزی دارد و تجربه‌ی مفیدتری را نسبت به مربی انسانی برای کاربر فراهم می‌کند.

ترکیب روش بازخورد لمسی و بازخورد بصری با ربات، دقت را تا ۵ درصد افزایش می‌دهد. همراهی ربات با کاربر نیز تاثیر مثبتی بر نتیجه می‌گذارد. بدون ربات، دقت کاربران به طور متوسط ۶۳ درصد است و دقت با وجود ربات، بسته به کاربر تا ۱۰ درصد نیز افزایش داشته است. آزمایش نشان می‌دهد دقت کاربرانی که به فعالیت گروهی علاقه دارند افزایش و دقت افرادی که کار کردن به تنهایی را ترجیح می‌دهند، کاهش یافته است.

تجزیه و تحلیل داده‌ها

دکتر آرون شورگر استاد دانشگاه چپمن آمریکا (Chapman University) بر این باور است رویکرد تحلیل داده‌های BCI باید بهبود یابد. در روش‌های رایج، رابط ‌های مغز-رایانه تنها از داده‌های مغزی استفاده می‌کنند که دقیقا پیش از اجرای فعالیت خاص تولید می‌شود. دکتر شورگر در پروژه ACTINIT به این نتیجه رسید باید تمام داده‌های مغزی حتی در زمان استراحت مغز نیز تحلیل شود. اگر تنها داده‌های پیش از فعالیت تجزیه و تحلیل شود بسیاری از اطلاعات را از دست می‌دهیم.افزون بر آموزش کاربران و تجزیه و تحلیل داده‌ها به اقدامات اساسی‌تری نیاز است تا بتوان در دنیای واقعی از BCI بهره ببریم. پژوهشگران باید به سوی فناوری‌های غیرتهاجمی پیش روند. کلید روش غیرتهاجمی، EEG یا ثبت نوار مغزی است. در این روش، الکترودها بر پوست سر قرار داده می‌شوند و جریان الکتریکی تولید شده توسط سلول‌های عصبی مغز اندازه‌گیری می‌شود. جریان‌های الکتریکی کوچک اندازه‌گیری شده، فعالیت‌های مغزی را نشان می‌دهند. هنگامی که شخصی به فعالیتی فکر می‌کند، صدها هزار سلول عصبی فعال می‌شود و جریان الکتریکی تولید می‌کنند که بر سطح سر قابل اندازه‌گیری است. سپس سامانه‌های رایانه‌ای داده‌های دریافتی را آنالیز می‌کنند و فعالیت مغزی را به اطلاعات نسبت می‌دهند. با وجود تلاش‌های بسیار در طول سال‌های طولانی، درک فعالیت مغزی و ارتباط آن با اطلاعات دریافتی پیشرفت چشمگیری نداشته است.

جمجمه و روش غیرتهاجمی

نکته‌ی اصلی ضخامت جمجمه است. اگرچه این ویژگی از مغز محافظت می‌کند، درک آنچه را که در مغز اتفاق می‌افتد مشکل می‌کند. سیگنال‌های مغزی بسیار ضعیف هستند. فرض کنید چند میکروفون را بر یک استادیوم فوتبال قرار دهیم و انتظار داشته باشیم مکالمه خاصی را تشخیص دهیم. با این روش ممکن است بتوانید لحظه‌ی زدن یک گل را متوجه شوید اما تشخیص یک مکالمه دشوار است. راه حل مشکل، رفتن داخل استادیوم و برای رابط‌های BCI، راه حل سوراخ کردن جمجمه و قرار دادن حسگرها به صورت مستقیم داخل آن است.

از پایان دهه‌ی ۱۹۷۰ تاکنون، موارد تجربی جراحی و قرار دادن BCI در مغز وجود داشته است. در بعضی تجربه‌ها، این روش سبب بازگشت جزیی بینایی به فرد نابینا و کنترل پروتز توسط فرد فلج شده است. با این حال، روش تهاجمی BCI، به ملاحظات پزشکی بسیاری نیاز دارد.نخست، پزشکان باید بیمار و مسئولان را متقاعد کنند که چنین جراحی انجام شود و ایمپلنت مغزی داخل سر بیمار قرار گیرد. در مرحله‌ی بعدی، ممکن است عوارض پزشکی وجود داشته باشد. برای نمونه، سیستم ایمنی بدن بیمار به ایمپلنت مغزی حمله و حتی آن را رد می‌کند. BCI یک جسم خارجی به شمار می‌آید و بدن تمایل دارد به آن حمله کند. درنتیجه کیفیت عملکرد رابط مغز-رایانه را کاهش می‌دهد یا حتی تاثیرات منفی بر سلامتی بیمار دارد.به احتمال زیاد برای پیشرفت بیشتر ارتباط رایانه و مغز باید منتظر فناوری‌های آینده باشیم تا با روش‌های بهتری ارتباط میان انسان و ماشین را برقرار کند. از کاربردهای آینده BCI می‌توان به بررسی خستگی و تمرکز مشاغل پرخطری مثل خلبان هواپیما اشاره کرد. فعالیت‌های مغزی خلبان با رابط غیرتهاجمی سنجیده می‌شود. حتی می‌توان برای دانش‌آموزان و دانشجویان به کاربرد و چگونگی تاثیر مواد آموزشی بر آن‌ها را مشخص کرد.

خواندن این موارد پیشنهاد می شود:
برگزیدگان مرحله اول
Translate »