Brain Computer Interfaces (BCI)

@NeuronMultimedia رسانه نورون

رابط های مغز و کامپیوتر (BCI) دستگاه هایی هستند که یک مسیر ارتباطی مستقیم بین فعالیت الکتریکی مغز و یک خروجی خارجی ایجاد می کنند. حسگرهای آن‌ها سیگنال‌های الکتروفیزیولوژیکی(EEG) منتقل شده بین نورون‌های مغز را ضبط می‌کنند و آن اطلاعات را به یک منبع خارجی مانند رایانه یا یک اندام روباتیک منتقل می‌کنند، که اساساً به فرد اجازه می‌دهد افکار خود را به عمل تبدیل کند.

این تراشه‌های مغزی در یک دستگاه پوشیدنی روی پوست سر می‌روند، تحت عمل جراحی زیر پوست سر قرار می‌گیرند یا حتی در بافت مغز کاشته می‌شوند. ایده این است که هرچه تراشه به شبکه عصبی مغز نزدیک‌تر باشد، سیگنال واضح‌تر یا «با کیفیت بالا» قابل تفسیر است.

شاید محبوب‌ترین نمونه رابط مغز و رایانه، Neuralink باشد، تراشه‌ای که در سال 2024 در مغز یک بیمار چهار پلژی کاشته شد و به او اجازه می‌دهد کامپیوتر را کنترل کند.

چهار پلژی(quadriplegic): فردی که فلجی دارد که هر چهار اندام و بدن را از گردن به پایین

رابط مغز و کامپیوتر چیست؟

رابط‌های مغز و رایانه دستگاه‌هایی هستند که فعالیت مغز را پردازش می‌کنند و سیگنال‌هایی را به نرم‌افزار خارجی ارسال می‌کنند و به کاربر اجازه می‌دهند دستگاه‌ها را با افکار خود کنترل کنند.

با فناوری BCI، دانشمندان روزی را تصور می کنند که بیماران مبتلا به فلج، آتروفی عضلانی و سایر شرایط بتوانند عملکردهای حرکتی خود را دوباره به دست آورند. خدمات توانبخشی همچنین می تواند BCI را برای تسریع بهبودی از آسیب ها اتخاذ کند.

رامسس آلکاید، مدیر عامل استارت‌آپ neurotech Neurable، که رابط‌های غیرتهاجمی مغز و کامپیوتر را به شکل هدفون توسعه می‌دهد، می‌داند که دستگاه‌های تقویت‌شده BCI به یک کالای روزمره برای افراد عادی تبدیل می‌شوند.

هیجان در مورد امکانات BCI منجر به یک بازار پر رونق شده است که انتظار می رود اندازه آن از 2 میلیارد دلار در سال 2023 به 6.2 میلیارد دلار تا پایان دهه برسد.

رابط های مغز و کامپیوتر چگونه کار می کنند؟

رابط‌های مغز و رایانه بر اساس الکتروفیزیولوژی شبکه عصبی مغز مدل‌سازی می‌شوند. وقتی تصمیم می گیریم - یا حتی به تصمیم گیری فکر می کنیم - سیگنال های شیمیایی الکتریکی جرقه می زنند. این پدیده در سیستم عصبی ما قرار دارد. به طور خاص، در شکاف‌های بین نورون‌ها، که به عنوان سیناپس شناخته می‌شوند، در حالی که آنها به عقب و جلو ارتباط برقرار می‌کنند. برای ثبت این فعالیت مغز، BCI ها الکترودهایی را در نزدیکی این مکالمات قرار می دهند. این حسگرها ولتاژها را تشخیص می‌دهند و فرکانس و شدت هر «سنبله» را هنگام شلیک یا شلیک احتمالی اندازه‌گیری می‌کنند.

رابط های مغز و کامپیوتر در دو نوع اصلی وجود دارند: تهاجمی و غیر تهاجمی.

رابط مغز - کامپیوتر تهاجمی:

رابط مغز - کامپیوترها مستقیماً به بافت مغز بیمار متصل می شوند و از طریق روش های جراحی اجرا می شوند. از آنجایی که جراحی خطرات عمده ای دارد، BCI های تهاجمی برای بیمارانی که به دنبال بهبودی از شرایط شدید مانند فلج، آسیب ها و اختلالات عصبی عضلانی هستند، مناسب تر است.

رابط مغز - کامپیوتر غیر تهاجمی:

رابط مغز - کامپیوتر هایی که شامل پوشیدن دستگاهی با حسگرهای الکتریکی است که به عنوان کانال های ارتباطی دو طرفه بین مغز بیمار و دستگاه عمل می کند. آنها سیگنال های ضعیف تری تولید می کنند زیرا مستقیماً به بافت مغز متصل نیستند. در نتیجه، BCI های غیر تهاجمی برای اهدافی مانند بازی های مجازی، واقعیت افزوده و هدایت اقدامات روبات ها و سایر فناوری ها مناسب تر خواهند بود.

نمونه هایی از رابط های مغز و کامپیوتر

تراشه مغزی Neuralink

نورالینک، به سرپرستی ایلان ماسک، یک ایمپلنت جراحی به اندازه یک سکه ساخته است. به منظور نظارت بر فعالیت مغز تا حد امکان، دستگاه Neuralink، Link، از سیم‌های الکترودهایی در مقیاس میکرونی استفاده می‌کند که به سمت مغز می‌روند. تمرکز اصلی آن درمان فلج است. این شرکت ایمپلنت خود را در یک بیمار قرار داده و قصد دارد بیمار دوم را نیز بپذیرد.

تراشه آلیاژ اندوواسکولار Synchron

سینکرون نقشه‌برداری از مغز از طریق عروق خونی است. استنترود که از طریق ورید ژوگولار وارد می شود، یک پروتز عصبی است که در سینوس ساژیتال فوقانی نزدیک قشر حرکتی قرار می گیرد. تراشه آلیاژی انعطاف پذیر هشت میلی متری سیگنال های عصبی را به یک واحد گیرنده کاشته شده در قفسه سینه بیمار منتقل می کند، که سپس افکار را به کلیک و زدن کلید روی رایانه یا دستگاه تلفن همراه در زمان واقعی تبدیل می کند. Synchron برای شروع آزمایش‌های بالینی آماده است و با OpenAI همکاری می‌کند تا به بیماران فلج کمک کند تا به پیام‌های متنی و چت پاسخ دهند.

References:

https://builtin.com/hardware/brain-computer-interface-bci

https://alishaarora56.medium.com/brain-computer-interfaces-for-mental-health-care-9c7629c048c1

https://kr-asia.com/all-in-your-head-what-you-should-know-about-neuralink-and-brain-computer-interfaces

https://medicalxpress.com/news/2023-01-neural-prosthesis-brain-decode-speech.html