رابط مغز–کامپیوتر (BCI) چیست؟
رابط مغز–کامپیوتر (Brain-Computer Interface – BCI) یک دستگاه است که سیگنال‌های مغزی را به سیگنال‌هایی برای کنترل برخی فعالیت‌های خارجی ترجمه می‌کند. به‌طور مثال، می‌تواند برای کنترل یک نشانگر (cursor) یا یک اندام مصنوعی به کار رود. این دستگاه‌ها ممکن است به نام رابط مغز–ماشین (Brain-Machine Interface) نیز شناخته شوند. در حال حاضر، BCI در حال تحقیق و توسعه است و هدف اصلی آن کمک به افرادی با ناتوانی‌های جسمی به عنوان یک فناوری تطبیقی است.
در BCI، سیگنال‌های مغز به‌طور مستقیم خوانده می‌شوند، بدون دخالت سیستم اسکلتی–عضلانی. این بدان معنی است که این دستگاه‌ها می‌توانند توسط افرادی که به طور دیگر فلج هستند یا مشکلات جسمی خاصی دارند، استفاده شوند. این افراد ممکن است نتوانند از روش‌های دیگر کنترل مانند کنترل صدا، ردیابی چشم یا سیستم‌های دمیدن–مکیدن استفاده کنند.
در حالی که BCI در حال حاضر عمدتاً بین انسان و کامپیوتر است، برخی سیستم‌ها از کامپیوتر به فرد عمل می‌کنند. این سیستم‌ها برای افراد کم‌بینا طراحی شده‌اند و می‌توانند تصویر دوربین را به سیگنالی تبدیل کنند که توسط قشر بینایی فرد قابل درک باشد تا دید محدودی را فراهم کند.
اجزای رابط مغز–کامپیوتر
یک رابط مغز–کامپیوتر معمولی شامل چهار بخش اصلی است:
- جمع‌آوری سیگنال: از سنسورها برای جمع‌آوری داده‌های خام از مغز استفاده می‌شود.
- پردازش سیگنال: داده‌های خام تجزیه و تحلیل می‌شوند و قصد شخص استخراج می‌شود و نویز سیگنال حذف می‌شود. الگوریتم‌های یادگیری ماشین در این فرآیند کمک می‌کنند.
- ترجمه فرمان: قصد فرد به یک فرمان ساده ترجمه می‌شود که می‌تواند توسط برنامه‌های دیگر استفاده شود.
- عملکرد و خروجی: فرمان استفاده می‌شود تا عملکردی را انجام دهد، مانند حرکت یک نشانگر کامپیوتری، سنتز صدا یا استفاده از ویلچر برقی.
چگونه رابط مغز–کامپیوتر امروز کار می‌کند؟
در حال حاضر، رابط‌های مغز–کامپیوتر هنوز نسبتا ابتدایی هستند و نمی‌توانند به‌طور مستقیم “درک کنند” که چه چیزی در مغز فرد اتفاق می‌افتد. در عوض، یک فرآیند آموزشی دوطرفه برای کالیبره کردن BCI و آموزش فرد برای استفاده از آن ضروری است.
یک مثال می‌تواند این باشد که فرد تصور می‌کند دست خود را بلند می‌کند تا یک نشانگر کوچک را به سمت بالا حرکت دهد. به تدریج، کامپیوتر یاد می‌گیرد که به کدام سیگنال‌ها گوش دهد و کدام‌ها را نادیده بگیرد. به همین ترتیب، انعطاف‌پذیری عصبی فرد به او این امکان را می‌دهد که الگوی فکر صحیح را یاد بگیرد تا این فرآیند به تقریباً طبیعی‌ترین شکل ممکن انجام شود.
BCI تهاجمی و غیرتهاجمی
BCI را می‌توان به طور کلی به دو روش تهاجمی و غیرتهاجمی تقسیم کرد.
- روش‌های غیرتهاجمی: در این روش‌ها، سیگنال‌ها از تجهیزات کاملاً خارج از بدن فرد خوانده می‌شوند.
- روش‌های تهاجمی: نیاز به کاشت یک حسگر در بدن فرد دارند. روش‌های تهاجمی بسیار حساس‌تر و دقیق‌تر هستند اما خطرات جراحی و رد شدن ایمپلنت توسط بدن را به همراه دارند.
BCI غیرتهاجمی
یکی از معروف‌ترین روش‌های غیرتهاجمی BCI، الکتروانسفالوگرافی (EEG) است که از الکترودهایی که روی پوست سر قرار می‌گیرند برای شناسایی فعالیت‌های عصبی استفاده می‌کند. چون جمجمه بیشتر سیگنال‌ها را مسدود می‌کند، این روش فقط قادر به خواندن امواج مغزی با فرکانس پایین است. سایر روش‌ها از تصویربرداری تشدید مغناطیسی کاربردی (fMRI) یا طیف‌سنجی نزدیک به مادون قرمز کاربردی (fNIRS) برای تشخیص فعالیت مغز استفاده می‌کنند، اما این روش‌ها به دلیل نیاز به ماشین‌آلات بزرگ و کند بودن، بیشتر برای تحقیقات مورد استفاده قرار می‌گیرند.
BCI تهاجمی
در BCI تهاجمی، نیاز به کاشت جراحی حسگر است. حساس‌ترین ایمپلنت‌ها از میکروآرایه‌ها یا سیم‌های حسگر استفاده می‌کنند که به طور مستقیم در ماده عصبی مغز کاشته می‌شوند. روش‌های کمتر تهاجمی از حسگرهایی استفاده می‌کنند که زیر پوست سر یا جمجمه قرار می‌گیرند اما در ماده عصبی کاشته نمی‌شوند. یک پیشرفت اخیر تحقیقاتی استفاده از حسگرهای اندرواسیوال است که از طریق یک شریان قرار داده می‌شود و به کمک جراحی کوچک انجام می‌پذیرد.
چندین شرکت در حال حاضر در حال توسعه BCI هستند. برخی از این شرکت‌ها از اوایل دهه ۲۰۰۰ ایمپلنت‌های کارآمدی را تولید کرده‌اند. Neuralink یکی از پرحرف‌ترین توسعه‌دهندگان BCI است، اما اخیراً وارد این حوزه شده است.
کاربردهای رابط مغز–کامپیوتر
کاربردهای رابط مغز–کامپیوتر عبارتند از:
- کنترل یک کامپیوتر.
- کنترل ویلچر برقی یا اندام مصنوعی.
- تولید صدا.
- ارائه دید محدود.
- تنظیم اختلالات خلقی یا حملات صرع.
نتیجه‌گیری
رابط مغز–کامپیوتر در حال تبدیل شدن به یک ابزار قدرتمند در زمینه پزشکی و فناوری است که می‌تواند افراد با ناتوانی‌های جسمی را قادر سازد تا وظایف روزمره خود را انجام دهند. با پیشرفت‌های بیشتر در زمینه BCI، انتظار می‌رود که این فناوری بهبود یافته و به‌طور گسترده‌تری در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرد.
منبع: TechTarget – Brain-Computer Interface
