واجهة آلة الدماغ
الأبحاث المنشورة حديثًا ستثبت بشكل كبير واجهات الدماغ والحاسوب
ستعمل الأبحاث الجديدة الصادرة عن جامعة كارنيجي ميلون (CMU) وجامعة بيتسبرغ (بيت) على تحسين واستقرار واجهات الدماغ والحاسوب بشكل كبير.
البحث تم نشره في هندسة الطبيعة الطبية الحيوية ، مع عنوان الورقة "واجهة مستقرة بين الدماغ والكمبيوتر تعتمد على محاذاة المشعب العصبي."
واجهات الدماغ والحاسوب (BCI)
واجهات الدماغ والكمبيوتر (BCI) هي أجهزة قادرة على السماح للأشخاص المعاقين بالتحكم في الأطراف الصناعية ، أو لعنات الكمبيوتر ، أو الواجهات الأخرى باستخدام عقولهم.
أحد أكبر التحديات المرتبطة باستخدام BCIs في بيئة سريرية هو أن التسجيلات العصبية يمكن أن تكون غير مستقرة. يمكن للفرد الذي يتحكم في BCI أن يفقد السيطرة في النهاية بسبب الاختلافات في الإشارات التي يلتقطها BCI.
عندما يحدث فقدان السيطرة هذا ، يجب أن يمر الفرد بعملية إعادة معايرة. يجب على الفرد إعادة ضبط الاتصال بين أوامره العقلية والمهام التي يتم إجراؤها ، وغالبًا ما يجب أن يكون هناك فني بشري آخر.
ويليام بيشوب هو زميل في مجمع أبحاث مزرعة جانيليا. وكان سابقًا طالب دكتوراه وزميل ما بعد الدكتوراه في قسم التعلم الآلي بجامعة كارنيجي ميلون.
تخيل لو أننا في كل مرة نريد فيها استخدام هاتفنا المحمول، ولضمان عمله بشكل صحيح، كان علينا معايرة الشاشة بطريقة ما لتعرف أي جزء من الشاشة نشير إليه، كما يقول بيشوب. ويضيف: "هذا هو الوضع الحالي لتقنية BCI. فحتى تعمل أجهزة BCI هذه، يتعين على المستخدمين إعادة معايرة هذه الأجهزة بشكل متكرر. وهذا أمر مزعج للغاية للمستخدمين، وكذلك للفنيين الذين يقومون بصيانة هذه الأجهزة."
خوارزمية جديدة لتعلم الآلة
قدم الباحثون خوارزمية جديدة للتعلم الآلي قادرة على حساب الإشارات المتغيرة. الفرد قادر على التحكم في BCI حتى في حالة عدم الاستقرار. طور الباحثون هذا بعد اكتشاف أن النشاط السكاني العصبي يحدث في "مشعب عصبي" منخفض الأبعاد.
آلان ديجنهارت هو باحث ما بعد الدكتوراه في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في جامعة كارنيجي ميلون.
يقول ديجينهارت: "عندما نقول "استقرار"، فإننا نعني أن إشاراتنا العصبية غير مستقرة، ربما لأننا نسجل من خلايا عصبية مختلفة عبر الزمن. لقد توصلنا إلى طريقة لأخذ مجموعات مختلفة من الخلايا العصبية عبر الزمن واستخدام معلوماتها للكشف بشكل أساسي عن صورة مشتركة للعمليات الحسابية التي تجري في الدماغ، مما يحافظ على معايرة واجهة الدماغ والحاسوب (BCI) على الرغم من عدم الاستقرار العصبي".
الطرق السابقة
واجهت الأساليب السابقة لطرق إعادة المعايرة الذاتية أيضًا تحديات تحيط بعدم الاستقرار. على عكس الطرق الأخرى ، لا تعتمد هذه الطريقة على أداء الموضوع جيدًا أثناء عملية إعادة المعايرة.
بايرون يو أستاذ في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر والهندسة الطبية الحيوية في جامعة كارنيجي ميلون.
يوضح يو: "لنفترض أن عدم الاستقرار كان كبيرًا لدرجة أن الشخص لم يعد قادرًا على التحكم في واجهة الدماغ والحاسوب. من المرجح أن تواجه إجراءات إعادة المعايرة الذاتية الحالية صعوبات في هذا السيناريو، بينما أثبتنا من خلال طريقتنا أنها قادرة في كثير من الحالات على التعافي من حالات عدم الاستقرار الكارثية هذه."
تحدثت إميلي أوبي ، باحثة ما بعد الدكتوراه في علم الأحياء العصبية في بيت ، عن قضية عدم الاستقرار أيضًا.
يقول أوبي: "لم يُوصَف عدم استقرار التسجيل العصبي بشكل جيد، ولكنه يُمثل مشكلة كبيرة جدًا". ويضيف: "لا توجد مراجع كثيرة يُمكننا الإشارة إليها، ولكن من المُلاحظ أن العديد من المختبرات التي تُجري أبحاثًا سريرية باستخدام واجهة الدماغ والحاسوب تُواجه هذه المشكلة بشكل مُتكرر. يُتيح هذا العمل تحسينًا كبيرًا للجدوى السريرية لواجهات الدماغ والحاسوب، والمساعدة في استقرار الواجهات العصبية الأخرى".
تضمنت الورقة أيضًا المؤلفين ستيف تشيس ، أستاذ الهندسة الطبية الحيوية ومعهد العلوم العصبية في جامعة كارنيجي ميلون ، جنبًا إلى جنب مع آرون باتيستس ، الأستاذ المساعد في الهندسة الحيوية في بيت ، وإليزابيث تايلر كابارا ، الأستاذة المساعدة في جراحة الأعصاب في بيت.
تم تمويل البحث من قبل مؤسسة Craig H Neilsen ، والمعاهد الوطنية للصحة ، ومؤسسة DSF الخيرية ، ومؤسسة العلوم الوطنية ، وقسم PA قسم البحوث الصحية ، ومؤسسة Simons.
