باحثون يحققون اختراقاً في تقنية واجهة الدماغ والحاسوب

BrainGate باحثو BrainGate قد حققوا 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 استخدام لنظام من هذا القبيل، وهو قادر على إرسال إشارات الدماغ بدقة خلية عصبية واحدة.

نشر البحث في IEEE Transactions on Biomedical Engineering الشهر الماضي.

نظام الإرسال اللاسلكي يرسل الإشارات بدقة عالية وبدون الحاجة إلى توصيل المستخدم بجهاز فك التشفير. بدلاً من الأسلاك التقليدية، يعتمد النظام على جهاز إرسال يبلغ طوله 5 سم ويزن أكثر من 40 غراماً. يتم وضع هذا الجهاز على رأس المستخدم، ويتصل بصفيف كهربائي 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 والكتابة على جهاز لوحي قياسي.

أظهرت الدراسة أن النظام اللاسلكي قادر على إرسال الإشارات بنفس الدقة مثل الأنظمة الموصولة بالسلك.

جون سيميرال هو أستاذ مساعد في الهندسة في جامعة براون. وهو المؤلف الرئيسي للدراسة وعضو في tập thể BrainGate.

“لقد أظهرنا أن نظام الإرسال اللاسلكي هذا يعادل الأنظمة الموصولة بالسلك من حيث الأداء،” قال سيميرال. “تُسجل الإشارات وتُرسل بدقة مماثلة، مما يعني أننا يمكننا استخدام نفس خوارزميات الفك التي استخدمناها مع المعدات الموصولة بالسلك. الفرق الوحيد هو أن الناس لم يعودوا بحاجة إلى ربط أنفسهم بجهازنا، مما يفتح إمكانيات جديدة فيما يتعلق بكيفية استخدام النظام.”

وفقاً للباحثين، هذا الاختراق الجديد يbringنا أقرب إلى نظام قابل للزرع داخل القشرة الدماغية يمكن أن يوفر للأفراد المصابين بإصابات القدرة على الحركة مرة أخرى. هذا التطور هو أول جهاز يرسل طيفاً كاملاً من الإشارات المسجلة بواسطة مستشعر داخل القشرة الدماغية.

نتائج الدراسة

شملت التجربة رجلين، رجل يبلغ من العمر 35 عاماً ورجل يبلغ من العمر 63 عاماً، وكلاهما يعانون من إصابات في الحبل الشوكي. كانوا قادرين على استخدام النظام في المنزل بدلاً من المختبر بسبب عدم وجود أسلاك، وكانوا قادرين على استخدامها لمدة تصل إلى 24 ساعة. سمح لهم هذا الوقت الطويل بجمع بيانات لمدة طويلة.

ليغ هوتشبيرغ هو أستاذ الهندسة في جامعة براون وباحث في معهد كارني للعلوم العصبية في براون. قاد هوتشبيرغ تجربة BrainGate السريرية.

“نريد أن نفهم كيف تتطور الإشارات العصبية مع مرور الوقت،” قال هوتشبيرغ. “مع هذا النظام، يمكننا النظر إلى النشاط الدماغي في المنزل، لمدة طويلة، بطريقة كانت شبه مستحيلة من قبل. هذا سيساعدنا على تصميم خوارزميات فك توفر استعادة اتصال وحركة متواصلة وذكية وموثوقة للأشخاص الذين يعانون من الشلل.”

تتابع BrainGate

تتابع BrainGate هو فريق متعدد التخصصات من الباحثين من جامعة براون وجامعة ستانفورد وجامعة كيس وسترن ريزيرف. كما يشمل الأفراد من مركز ريهابليتشن ريسيرتش آند ديفيلوبمنت في بروفيدنس للشؤون الصحية للقوات المسلحة وجمعية ماساتشوستس العامة.

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

شارلين فليشر هي مؤلفة مشاركة وسابقة باحثة ما بعد الدكتوراه في جامعة ستانفورد. تعمل فليشر حالياً كمهندسة أجهزة في شركة آبل.

“تطور واجهات الدماغ والحاسوب داخل القشرة الدماغية من الحاجة إلى كابل سلكي إلى استخدام جهاز إرسال لاسلكي صغير هو خطوة كبيرة نحو الاستخدام الوظيفي لواجهات عصبية عالية الأداء قابلة للزرع بالكامل،” قال فليشر. “فيما يخص تقليل عرض النطاق الترددي المرسل مع الحفاظ على دقة التحكم في الأجهزة المساعدة، قد يكون هذا البحث واحد من القلائل الذي يلتقط نطاقاً كاملاً من الإشارات القشرية لمدة طويلة، بما في ذلك أثناء استخدام واجهة الدماغ والحاسوب الوظيفية.”

تمكنت مجموعة BrainGate من الاستمرار في العمل خلال جائحة كوفيد-19 لأن الجهاز لاسلكي ويمكن استخدامه في المنزل دون تقنية.

هوتشبيرغ هو أيضاً أستاذ طب العناية الحرجة في مستشفى ماساتشوستس العام ومدير مركز التأهيل والبحث والتطوير للعلوم العصبية والتكنولوجيا في وزارة شؤون القوات المسلحة.

“في مارس 2020، أصبح من الواضح أننا لن نتمكن من زيارة منازل المشاركين في التجارب،” قال هوتشبيرغ. “لكن من خلال تدريب العاملين على كيفية إقامة الاتصال اللاسلكي، تمكن أحد المشاركين في التجربة من استخدام واجهة الدماغ والحاسوب بدون وجود أعضاء من فريقنا هناك. لذلك، لم نتمكن فقط من الاستمرار في بحثنا، ولكن تكنولوجيا الإرسال اللاسلكي سمحت لنا بالاستمرار بدقة ووضوح كاملين كما كان من قبل.”

وفقاً لسيميرال، “دخلت شركات عديدة مجال واجهات الدماغ والحاسوب بشكل رائع، وقد أظهرت بعضها بالفعل استخدام أنظمة لاسلكية منخفضة العرض النطاقي في البشر، بما في ذلك بعضها الذي يتم زرعه بالكامل. في هذا التقرير، نحن سعداء لأننا استخدمنا نظام إرسال لاسلكي عالي العرض النطاقي يطور القدرات العلمية والسريرية لأنظمة المستقبل.”