باحثون يحققون اختراقاً في تقنية واجهة الدماغ والحاسوب

BrainGate باحثو BrainGate قد حققوا مؤخراً اختراقاً كبيراً في مجال واجهات الدماغ والحاسوب (BCIs) بعد أن أظهر المشاركون في التجارب السريرية الذين يعانون من الشلل الرباعي القدرة على استخدام واجهة الدماغ والحاسوب اللاسلكية داخل القشرة الدماغية مع جهاز إرسال لاسلكي خارجي. كان هذا أول مرة يتم استخدام مثل هذا النظام، وهو قادر على نقل الإشارات الدماغية بدقة وحدة الخلية العصبية.

نشرت الأبحاث في IEEE Transactions on Biomedical Engineering الشهر الماضي.

ينقل النظام أيضاً الإشارات بتميز كامل وبدقة، ولا يحتاج إلى ربط المستخدم جسدياً بنظام فك الشفرة. بدلاً من الكابلات التقليدية، يعتمد النظام على جهاز إرسال يبلغ طوله 5 سم ويزن أكثر قليلاً من 40 جراماً. يتم وضع هذا الوحدة على رأس المستخدم، ويرتبط بمصفوفة أقطاب موجودة في قشرة الدماغ الحركية، ويفعل ذلك من خلال نفس المنفذ الذي تستخدمه الأنظمة الموصولة بالسلك.

شملت الدراسة两个 مشاركين في التجارب السريرية يعانون من الشلل، واستخدموا نظام BrainGate مع جهاز إرسال لاسلكي. من خلال جهاز الإرسال اللاسلكي، يمكنهم الإشارة والنقر وكتابة النص على جهاز لوحي قياسي.

أظهرت الدراسة أن النظام اللاسلكي قادر على نقل الإشارات بدقة مماثلة لأنظمة الموصولة بالسلك.

جون سيميرال هو أستاذ مساعد في الهندسة بجامعة براون. وهو المؤلف الرئيسي للدراسة وعضو في اتحاد أبحاث BrainGate.

“لقد أظهرنا أن هذا النظام اللاسلكي يعادل وظيفياً الأنظمة الموصولة بالسلك التي كانت هي المعيار الذهبي في أداء واجهة الدماغ والحاسوب لسنوات عديدة،” قال سيميرال. “تُسجل الإشارات وتنقل بدقة مماثلة، مما يعني أننا يمكن أن نستخدم نفس خوارزميات فك الشفرة التي استخدمناها مع المعدات الموصولة بالسلك. الفرق الوحيد هو أن الناس لا يحتاجون بعد ذلك إلى ربط أنفسهم جسدياً بمعداتنا، مما يفتح إمكانيات جديدة فيما يتعلق بكيفية استخدام النظام.”

وفقاً للباحثين، يbring هذا الاختراق الجديد لنا أقرب إلى نظام داخل القشرة الدماغية القابل للزرع بشكل كامل والذي يمكن أن يوفر للأفراد المصابين القدرة على الحركة مرة أخرى. التطور الجديد هو أول جهاز ينقل طيفاً كاملاً من الإشارات المسجلة بواسطة مستشعر داخل القشرة الدماغية.

نتائج الدراسة

شملت التجربة رجلين، أحدهما يبلغ من العمر 35 عاماً والآخر يبلغ 63 عاماً، وكلاهما يعاني من إصابات في الحبل الشوكي. يمكنهم استخدام النظام في المنزل بدلاً من المعمل بسبب عدم وجود كابلات، كما يمكنهم استخدامه لمدة تصل إلى 24 ساعة. سمح لهم هذا الوقت الطويل بجمع بيانات لمدة طويلة.

ليغ هوخبرغ هو أستاذ هندسة بجامعة براون وباحث في معهد كارني لعلوم الدماغ بجامعة براون. قاد هوخبرغ تجربة BrainGate السريرية.

“نريد أن نفهم كيف تتطور الإشارات العصبية بمرور الوقت،” قال هوخبرغ. “مع هذا النظام، يمكننا النظر إلى النشاط الدماغي، في المنزل، لمدة طويلة بطريقة كانت شبه مستحيلة من قبل. هذا سيساعدنا على تصميم خوارزميات فك الشفرة التي توفر استعادة اتصال ومواصلة سلسة وموثوقة للأفراد الذين يعانون من الشلل.”

اتحاد BrainGate

اتحاد BrainGate هو مجموعة متعددة التخصصات من الباحثين من جامعات براون وستانفورد وريزرف. كما يشمل أفراداً من مركز رياضات المحاربين القدامى الطبي بروفيدنس ومستشفى ماساتشوستس العام.

نشر الفريق أبحاثاً في عام 2012 أظهرت كيف يمكن للمشاركين في التجارب السريرية تشغيل أذرع روبوتية متعددة الأبعاد باستخدام واجهة الدماغ والحاسوب لأول مرة. منذ ذلك الحين، قام الفريق بتحسين النظام وتحقيق اختراقات جديدة.

شارلين فليشر هي مؤلفة مشتركة وسابقة زميلة بعد الدكتوراه بجامعة ستانفورد. تعمل فليشر حالياً كمهندسة أجهزة بشركة Apple.

“تطور واجهات الدماغ والحاسوب داخل القشرة الدماغية من الحاجة إلى كابل سلكي إلى استخدام جهاز إرسال لاسلكي صغير هو خطوة كبيرة نحو الاستخدام الوظيفي للواجهات العصبية المزروعة بشكل كامل والأداء العالي،” قالت فليشر. “فيما يتقدم المجال نحو تقليل عرض النطاق المنقول مع الحفاظ على دقة التحكم في الأجهزة المساعدة، قد تكون هذه الدراسة واحدة من القلائل التي تُسجل مدى الإشارات القشرية لمدة طويلة، بما في ذلك أثناء استخدام واجهة الدماغ والحاسوب بشكل عملي.”

تمكن فريق BrainGate من الاستمرار في العمل خلال جائحة كوفيد-19 لأن الجهاز لاسلكي ويمكن استخدامه في المنزل دون فني.

هوخبرغ هو أيضاً أستاذ طب العناية الحرجة العصبية بمستشفى ماساتشوستس العام ومدير مركز الأبحاث والتطوير الإصلاحي بجامعة في إيه.

“في مارس 2020، أصبح من الواضح أننا لن نتمكن من زيارة منازل المشاركين في التجارب السريرية،” قال هوخبرغ. “لكن من خلال تدريب العاملين في الرعاية على كيفية إقامة الاتصال اللاسلكي، تمكن أحد المشاركين في التجربة من استخدام واجهة الدماغ والحاسوب دون وجود أعضاء من فريقنا بشكل физي هناك. لذلك، لم نكن فقط قادرون على الاستمرار في أبحاثنا، بل سمح لنا هذا التكنولوجيا بالاستمرار بعرض النطاق الكامل والوضوح الذي كان لدينا من قبل.”

وفقاً لسيميرال، “دخلت شركات عديدة بشكل رائع في مجال واجهة الدماغ والحاسوب، وبعضها قد أظهر بالفعل استخدام الإنسان لأنظمة لاسلكية منخفضة العرض النطاقي، بما في ذلك بعضها التي تكون مُزروعة بشكل كامل. في هذا التقرير، نحن سعداء لأننا استخدمنا نظام لاسلكي عالي العرض النطاقي يطور القدرات العلمية والسريرية لأنظمة المستقبل.”