. در این مقاله توضیح می‌دهیم که کاربران BCI چه کسانی هستند و یک رابط مغز و رایانه چگونه عمل می‌کند.

رابط مغز و کامپیوتر (BCI) چیست؟

رابط مغز و کامپیوتر یا به اختصار BCI دستگاهی متشکل از سنسورهایی برای اندازه‌گیری سیگنال‌های مغزی و تقویت‌کننده‌ای برای تقویت سیگنال‌های ضعیف و رایانه‌ای است که سیگنال‌ها را به دستوراتی برای کنترل برنامه‌های رایانه‌ای یا دستگاه‌ها ترجمه می‌کند. اجزای این دستگاه می‌توانند قابل حمل یا پوشیدنی باشند. رابط‌های مغز و کامپیوتر فناوری‌های مختلفی از دستگاه‌های کمکی افراد فلج تا دستگاه‌های اینترنتی (مانند تلفن هوشمند) برای افراد سالم و بازی‌های رایانه‌ای یا حتی اسباب‌بازی‌های ساده (مانند هلی‌کوپتری کوچک) را دربرمی‌گیرد.

چه کسانی از BCI استفاده می‌کنند؟

در حال حاضر گروه‌های بسیاری مشغول تولید رابط مغز و رایانه برای استفاده در انواع برنامه‌ها و انواع کاربران هستند. بسیاری از برنامه‌ها نیاز به نصب دائم ندارد و برای استفاده موقت تولید می‌شوند. دستگاه‌های توانبخشی برای کمک به افراد در بهبودی اعضای آسیب‌دیده و کنترل‌کننده‌های بازی برای افراد سالم، نمونه‌هایی از این کاربرد هستند. برخی از BCIها به صورت دائمی و برای استفاده در اعضای آسیب‌دیده دائمی (مانند از دست دادن یک دست به دلیل سکته) تولید می‌شوند.

کنترل‌های بازی از جمله BCIهای موقت هستند. تمامی BCIهای بازی فعلی مبتنی بر فناوری‌ هستند که سیگنال‌های مغز را با استفاده از الکترودهای تعبیه شده در یک کلاه یا سربند اندازه‌گیری می‌کنند. اگرچه سرگرمی‌های جذابی با این فناوری ایجاد می‌شود اما هنوز به تکامل لازم برای جایگزین نقص‌های جسمی نرسیده‌اند.

دستگاه‌های پزشکی BCI باید دقت بالایی داشته باشند زیرا عواقب خرابی آن‌ها بسیار بزرگ و شدید خواهد بود. به عنوان مثال اختلالات مکرر در دستگاه تایپ BCI در ایجاد ارتباط مشکلات شدید ایجاد می‌کند. حرکات ناخواسته بازوی ربات یا صندلی چرخدار نیز آسیب‌های جدی به افراد وارد خواهد کرد. امروزه محققین بر روی توسعه دستگاه‌های مجهز به الکترودهایی که با استفاده از کلاه روی سر قرار می‌گیرند و حسگرهایی که روی مغز کاشته می‌شوند کار می‌کنند.

بیشترین سود را افراد فلج از دستگاه‌های رابط مغز و کامپیوتر می‌بردند. صدمات واقع‌شده در نزدیکی مغز آسیب‌های جدی به اعضای بدن می‌رسانند و منجر به فلج شدید می‌شوند. در برخی موارد فلج آن‌چنان شدید است که فرد مبتلا قادر به حرکت هیچ یک از اعضای بدن خود نیست. این وضعیت به عنوان "سندرم قفل‌شده" یا LIS شناخته می‌شود. در آن شرایط حتی صحبت کردن نیز امکان‌پذیر نیست و ارتباط تنها از طریق حرکات ظریف صورت مانند پلک زدن انجام می‌شود.

امروزه BCIهایی برای بازگرداندن توانایی ارتباط افراد با LIS طراحی شده‌اند و در حال توسعه هستند. انتظار می‌رود این دستگاه‌ها افراد را قادر به برقراری ارتباط با واژگان گسترده، ارسال پیام‌ از طریق اینترنت و روشن و خاموش کردن لوازم خانگی بدون کمک مراقبان می‌کنند. از همه مهم‌تر، این دستگاه‌ها وضعیت بیماران را به مراقبین سلامت هشدار دهند.

رابط مغز و کاربری برای افرادی که درجه فلج آن‌ها پایین‌تر است نیز ارزش بسیار بالایی دارد. به عنوان مثال این دستگاه‌ها به افرادی که از گردن به پایین فلج هستند کمک می‌کند که بازوی ربات را با تصور حرکت بازوی خود کنترل کنند. البته هنوز هم این دستگاه‌ها تکامل نیافته‌اند و هنوز مشخص نیست چه زمانی به صورت تجاری و مقرون به صرفه قابل استفاده باشند.

BCI چگونه کار می‌کند؟

سیگنال‌های مغز

یک رابط مغز و کاربری سیگنال‌های مغز را ضبط و تفسیر یا رمزگشایی می‌کند. نورون‌های مغزی با ارسال و دریافت سیگنال‌های الکتریکی بسیار ریز با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. با استفاده از سنسورهای الکتریکی پیشرفته می‌توان به این سیگنال‌ها که عموما به نام فعالیت مغزی شناخته می‌شوند، گوش داد. افراد سالم قادر به حرکت هستند زیر مغز آن‌ها از طریق سیستم عصبی مرکزی به عضلات بدنشان سیگنال می‌فرستد. تمام تعاملات فرد (مانند صحبت کردن یا دست دادن) نیاز به ارتباط دقیق بین مغز و عضلات دارد. سکته مغزی یا بیماری‌های عصبی عضلانی ارتباط بین مغز و عضلات را مختل کرده و منجر به فلج یا ناتوانی می‌شود. BCI به عنوان یک وسیله کمکی در فعالیت مغز برای کنترل عضلات همکاری می‌کند.

اندازه‌گیری سیگنال‌‌های مغزی

سیگنال‌های مغزی را می‌توان با تکنیک‌های مختلفی اندازه‌گیری کرد. الکتروانسفالوگراف (EEG) یکی از روش‌هاییست که برای آزمایشات مختلف در بیمارستان مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش از حسگرهای الکتریکی (الکترودها) بر روی پوست سر استفاده می‌شود.

همچنین الکترودها را می‌توان زیر پوست سر و مستقیما درون یا بر روی بافت مغز قرار داد. این فرآیند با عمل جراحی همراه است و باید از بی‌خطر بودن آن اطمینان حاصل کرد. کیفیت این سیگنال‌ها به مراتب از سیگنال‌های ضبط شده از پوست سر بالاتر است.

تکنیک دیگر fMRI است که فعالیت مغز را با اسکنر MRI اندازه‌گیری می‌کند. روش MEG با استفاده از دستگاه اسکنر MEG این اندازه‌گیری را انجام می‌دهد. این دو تکنیک نیاز به ماشین‌های بزرگ و گران‌قیمت دارند و مناسب برای استفاده خانگی نیستند.

NIRS تکنیک دیگری است که با تاباندن نور فروسرخ نزدیک به جمجمه فعالیت مغز را اندازه‌گیری می‌کند. این فناوری قابل حمل است و بدون نیاز به جراحی استفاده می‌شود. با این‌حال کیفیت اندازه‌گیری فعالیت مغز برای استفاده در رابط‌ها به اندازه کافی خوب نیست.

عملکرد مغز

به طور کلی هر قسمت از بدن مرکز کنترل خود را در مغز دارد و هر عمل توسط بخش متفاوتی کنترل می‌شود. تکنیک‌های مختلفی که برای اندازه‌گیری فعالیت مغز استفاده می‌شود می‌تواند فعالیت مراکز مختلف مغز را "ببیند". مراکز کنترل بدن حتی در صورت فلج عضلانی نیز فعال هستند. از این رو می‌توان با استفاده از رابط مغز و کامپیوتر فعالیت آن‌ها را تشخیص داد. افراد با تفکر یا تلاش برای انجام حرکت مناطق متمایزی را فعال می‌کنند حتی اگر حرکت آن بخش بدن عادی نباشد.

علاوه بر حرکات برخی عملکردهای دیگر مغز نیز قابل تشخیص هستند. به عنوان مثال بخشی از مغز هنگام انجام محاسبات فعال می‌شود. به طور کلی بسیاری از مناطق مشخص در مغز وجود دارند که فرد می‌تواند با انجام کارهای مختلف ذهنی یا جسمی آن‌ها را عمدا روشن یا خاموش کرد. افراد مبتلا به فلج جسمی می‌توانند با انجام کارهای ذهنی و روشن یا خاموش کردن مناطق خاص از ذهن به صورت عمدی از فناوری BCI استفاده کنند.

دقیقا BCI با استفاده از سیگنال‌های مغزی چه می‌کند؟

با قرار دادن الکترودهایی دقیقا بر روی قسمت‌های خاص مغز می‌توانیم سیگنال‌هایی را ضبط کنیم. این الکترودها برای کنترل بر روی بخش‌های خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. سیگنال شناسایی شده می‌تواند به یک دستور برای کار با دستگاه یا نرم‌افزار تبدیل و استفاده شود. سپس می‌توان از یک کامپیوتر برنامه‌ریزی شده برای انجام فعالیتی خاص استفاده کرد. به عنوان مثال برای کلیک کردن با موس کامپیوتر یک نوع حرکت که فرد قادر به انجام آن است، به عنوان مثال بلند کردن ابروها، تعریف می‌شود.

سخن نهایی

از رابط‌های مغز و کامپیوتر، برای ایجاد تعامل میان انسان‌ها و دنیای فناوری استفاده می‌شود. ذهن می‌تواند مستقیما با ماشین‌ها ارتباط برقرار کند و محدودیت‌های انسانی را شکست دهد. از این فناوری ویژه برای کمک به زندگی و ایجاد راحتی استفاده می‌شود. BCIها به ویژه برای افرادی که دارای نقض عضو یا فلج هستند کاربرد دارند. این رابط‌ها با ارتباط گرفتن با مغز و قدرت‌های خارق‌العاده آن، به حذف محدودیت‌ها کمک می‌کنند و ماشین‌ها را به خدمت انسان‌ها در می‌‌آورند. در حال حاضر BCIها در حال حرکت به سوی تکامل هستند.