أبحاث جديدة منشورة ستثبت استقرار وثبات واجهات الحاسوب العصبية

أبحاث جديدة من جامعة كارنيجي ميلون (CMU) و جامعة بيتسبرغ (Pitt) ستحسن وتثبت استقرار واجهات الحاسوب العصبية بشكل كبير.

الأبحاث تم نشرها في Nature Biomedical Engineering، مع عنوان الورقة “واجهة حاسوب عصبية مستقرة dựa على محاذاة المخططات العصبية”.

واجهات الحاسوب العصبية (BCI)

واجهات الحاسوب العصبية (BCI) هي أجهزة قادرة على تمكين الأفراد المعاقين من التحكم في الأطراف الاصطناعية أو الحواسيب أو واجهات أخرى باستخدام عقولهم.

أحد أكبر التحديات المرتبطة باستخدام واجهات الحاسوب العصبية في بيئة سريرية هو أن التسجيلات العصبية يمكن أن تكون غير مستقرة. الفرد الذي يتحكم في واجهة الحاسوب العصبية يمكن أن يفقد السيطرة في النهاية بسبب التغييرات في الإشارات التي يتم التقاطها بواسطة واجهة الحاسوب العصبية.

في كل مرة يحدث فيها فقدان السيطرة، يجب على الفرد الخضوع لعملية إعادة تعيين. الفرد يجب أن يعيد تعيين الاتصال بين أوامره العقلية والمهام التي يتم أداؤها، وغالبًا ما يجب على فني آخر أن يكون حاضرًا.

ويليام بيشوب هو زميل في مزرعة جانيلا البحثية. كان في السابق طالب دكتوراه وباحث ما بعد الدكتوراه في قسم تعلم الآلة في جامعة كارنيجي ميلون.

“تخيل لو كنا نريد استخدام هاتفنا الخلوي، لجعلها تعمل بشكل صحيح، يجب علينا أن نحدد الشاشة حتى تعرف جزء الشاشة الذي نقوم بالتحديد”، يقول بيشوب. “حالة الفن في تقنية واجهات الحاسوب العصبية هي نوعًا ما مثل ذلك. فقط لجعل هذه الأجهزة تعمل، يجب على المستخدمين القيام بهذه العملية المتكررة لإعادة التعيين. لذلك الأمر غير مريح للغاية للمستخدمين، وكذلك الفنيين الذين ي维طون الأجهزة”.

خوارزمية تعلم الآلة الجديدة

قدم الباحثون خوارزمية تعلم الآلة الجديدة قادرة على مراعاة الإشارات المتغيرة. يمكن للفرد أن يبقى تحت السيطرة على واجهة الحاسوب العصبية حتى عندما تكون عدم الاستقرار موجودة. قام الباحثون بتطوير هذا بعد أن وجدوا أن النشاط السكاني العصبي يحدث في مخطط عصبي منخفض الأبعاد.

آلان ديجنهارت هو باحث ما بعد الدكتوراه في الهندسة الكهربائية والحاسوب في جامعة كارنيجي ميلون.

“عندما نقول ‘استقرار’، ما نقصده هو أن إشاراتنا العصبية غير مستقرة، ربما لأننا نسجل من عصبونات مختلفة عبر الوقت”، يقول ديجنهارت. “لقد وجدنا طريقة لاستخدام πληροφορίες مختلفة من العصبونات عبر الوقت ليكشف عن صورة مشتركة للحساب الذي يتم في الدماغ، وبالتالي الحفاظ على واجهة الحاسوب العصبية معدة尽管 عدم الاستقرار العصبي”.

الأساليب السابقة

الأساليب السابقة لطرق إعادة التعيين الذاتي واجهت أيضًا تحديات حول عدم الاستقرار. على عكس الأساليب الأخرى، هذه الطريقة لا تعتمد على أن يقوم الفرد بالتحكم بشكل جيد خلال عملية إعادة التعيين.

بايرون يو هو أستاذ الهندسة الكهربائية والهندسة الحيوية في جامعة كارنيجي ميلون.

“لنفترض أن عدم الاستقرار كان كبيرًا لدرجة أن الفرد لم يعد قادرًا على التحكم في واجهة الحاسوب العصبية”، يشرح يو. “الإجراءات الحالية لإعادة التعيين الذاتي من المرجح أن تواجه صعوبات في هذا السيناريو، في حين أن طريقةنا قد أظهرت أنها قادرة على التعافي من عدم الاستقرار الكارثي في كثير من الحالات”.

إميلي أوبي، باحثة ما بعد الدكتوراه في علم الأعصاب في جامعة بيتسبرغ، تحدثت أيضًا عن مشكلة عدم الاستقرار.

“عدم استقرار التسجيلات العصبية ليس محددًا جيدًا، ولكنه مشكلة كبيرة”، تقول أوبي. “ليس هناك الكثير من الأدبيات التي يمكننا الإشارة إليها، ولكن بشكل مجرد، العديد من المعامل التي تقوم بالبحث السريري مع واجهات الحاسوب العصبية يجب أن تتعامل مع هذه القضية بشكل متكرر. هذا العمل له القدرة على تحسين جدوى واجهات الحاسوب العصبية سريريًا، ومساعدة استقرار واجهات أخرى عصبية”.

الورقة تضمنت أيضًا مؤلفين آخرين، بما في ذلك ستيف تشايس، أستاذ الهندسة الحيوية ومعهد العلوم العصبية في جامعة كارنيجي ميلون، إلى جانب آرون باتيستس، أستاذ مساعد في الهندسة الحيوية في جامعة بيتسبرغ، و إليزابيث تايلر-كابارا، أستاذ مساعد في الجراحة العصبية في جامعة بيتسبرغ.

تم تمويل البحث من قبل مؤسسة كريغ ه نييلسن، والمعاهد الوطنية للصحة، ومؤسسة دي إس إف الخيرية، والمؤسسة الوطنية للعلوم، ووزارة الصحة البحث في بنسلفانيا، ومؤسسة سيمونز.