تبلیغات
برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات. - رابط مغز - كامپیوتر؛ نقطه تلاقی انسان و ماشین‌

برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

رابط مغز - كامپیوتر؛ نقطه تلاقی انسان و ماشین‌

 

سال‌هاست كه محققان در مورد شاخه‌ای از پیوند انسان و ماشین مطالعه می‌نمایند كه هیچ ارتباطی با داستان‌های علمی-‌تخیلی ندارد؛ موضوعی با نام Brain-Computer interface یا رابط مغز - كامپیوتری. BCIها با خواندن سیگنال‌های الكتریكی یا دیگر علائم مغزی و تبدیل كردن آن‌ها به اطلاعات دیجیتال، این اطلاعات را به گونه‌ای برای كامپیوتر، قابل درك، تفسیر و پردازش می‌نمایند تا با استفاده از آن‌ها بتوان اعمالی مانند به حركت درآوردن مكان‌نما یا روشن كردن تلویزیون را انجام داد.


منبع: IEEE Computer

امروزه بسیاری از محققان صنعتی و دانشگاهی جهت تجاری‌ ساختن این فناوری تلاش می‌كنند و در همین راستا پروژه‌های فراوانی با هدف دستیابی به نوآوری‌های جدید در زمینه BCI در سرتاسر جهان در جریان هستند. عمده اهداف این پروژه‌ها دستیابی به محصولات و سرویس‌های متنوع و كاربردی در آینده‌ای نه‌چندان دور است.

این فناوری‌ها برای افرادی كه به دلیل آسیب‌دیدگی‌های نخاعی یا ناتوانایی‌هایی همچون بیماری تصلب و تحلیل عضلات ‌(ALS) یا اختلالات مغزی قادر به استفاده عادی از دست‌ها و بازوهای خود نیستند، نویدبخش خبرهای خوشحال‌كننده‌ای خواهد بود.

استفاده از BCI حتی برای فعالیت‌های تحقیقاتی نیز فوایدی به همراه خواهد داشت. ایده‌هایی مطرح گردیده‌اند كه می‌توانند نقطه شروعی برای رسیدن به تكنیك‌هایی همچون تأیید هویت بیومتریك و دیگر موارد امنیتی با استفاده از امواج مغزی باشند.

نحوه عكس‌العمل مغز كاربر به برخی از محرك‌ها می‌تواند تعیین‌كند كه آیا برای مثال، شخص اجازه ورود به یك ساختمان یا استفاده از یك رایانه را دارد یا خیر.

به همین خاطر، BCI به‌عنوان حركتی كه می‌تواند موجب افزایش بازدهی در بازار شود، توجه‌ها را به خود جلب نموده است. البته تا فراگیر شدن و استفاده گسترده از این فناوری راه درازی در پیش است و اكنون نیز با مشكلاتی همچون عدم پذیرش از سوی كاربران و دقت پایین سیگنال روبه‌رو است.

پیشینه BCI

پژوهش‌ها در زمینه BCI بسیار وسیع است و شاخه‌هایی همچون نانوفناوری، زیست‌فناوری، فناوری اطلاعات، علوم روانشناختی، علوم كامپیوتری، مهندسی بیومدیكال، عصب‌شناسی و ریاضیات كاربردی، را در بر می‌گیرد.

تاریخچه

دانشمندان از اوایل دهه 1970 میلادی فعالیت‌های خود در زمینه BCI را آغاز نمودند. در آن زمان Jacques Vidal، پروفسور بازنشسته دانشگاه كالیفورنیا، هدایت پروژه «رابط مغز-كامپیوتر» را با پشتیبانی دانشگاه در دست گرفت. در طول این مدت، محققان با نصب حسگرهای ساده BCI در بدن موش‌ها، میمون‌ها و انسان آزمایش‌هایی را در این زمینه انجام دادند.

در اواخر دهه 1990 میلادی محققان انستیتو فناوری جورجیا، با همكاری دانشگاه Emory، با نصب یك الكترود در غشای پوستی مغز یك بیمار كه به علت عارضه فلج ناحیه زیر گردن قدرت تكلم خود را از دست داده بود، پتانسیل‌های درمانی BCI را به نمایش گذاشتند. تكنیك به كار رفته در آن عمل، بیمار را قادر ساخت با برقراری ارتباط با كامپیوتر، مكان‌نما را به حركت در بیاورد.

در سال 1999 اساتید دانشكده پزشكی MCP Hahnemann، با همكاری پژوهشگران دانشگاه پزشكی Dukeموش‌هایی را تربیت كردند كه با استفاده از سیگنال‌های مغزی خود، یك شیر آب برقی را به حركت در می‌آوردند.

رویكردهای هجومی و غیرهجومی

دو روش عمده در مبحث BCI وجود دارد: تكنیك‌های هجومی (Invasive) كه بر اساس آن الكترودها را مستقیماً در داخل مغز بیمار قرار می‌دهند و تكنیك‌های غیرهجومی (noninvasive) كه در آن‌ها ابزارهای اسكن یا سنسورهایی روی كلاه یا نوار نصب می‌شود و با نصب روی سر بیمار سیگنال‌های مغزی را می‌خوانند.

بنا بر نظر پروفسور تئودور برگر، استاد دانشگاه كالیفورنیای جنوبی و استاد بخش مطالعات رابط مغز-كامپیوتر در مركز سنجش فناوری جهانی، هر دو روش اشكالاتی دارند.

مسلماً روش‌های غیرهجومی آسیب كمتری به بدن وارد می‌كنند، اما در مقابل، خواندن سیگنال‌های مغز با استفاده این روش‌ها كارایی پایین‌تری نسبت به روش‌های هجومی دارند؛ زیرا در این حالت الكترودها دقیقاً روی بخش مورد نظر مغز قرار نمی‌گیرند.

در عوض، تكنیك‌های هجومی نیازمند انجام عمل جراحی هستند كه این خود خطر آسیب یا عفونت مغز بیمار را به دنبال دارد.

برگر خاطر نشان می‌سازد در روش‌های غیرهجومی، توانایی نصب الكترودها روی تمام قسمت‌های مغز، امكان شناسایی محدوده وسیع‌تری از فعالیت‌های مغزی را فراهم می‌آورد. این امكان می‌تواند بسیار سودمند باشد؛ زیرا سلول‌هایی كه حركات مركب و چندگانه بخش‌های مختلف بدن را تحت كنترل دارند، در نقاط متفاوتی از مغز قرار گرفته‌اند.

وی می‌افزاید: «پردازش و تولید حجم عظیمی از اطلاعات توسط نرون‌ها (سلول‌های عصبی) آن هم در وضعیتی كه منبع این اطلاعات در چند نقطه متفاوت از مغز قرار دارد، برای سیستم‌هایBCI  كار دشواری خواهد بود.»

دستاوردهای جدید BCI

شركت‌ها و دانشگاه‌های متعددی در حال انجام تحقیقات بسیار مهمی روی شاخه‌های گوناگونی از BCI هستند. برای مثال و به گفته ller-Putz Gernot M، فوق دكترا و محقق و مدرس دانشگاه zGra، دانشمندان لابراتوار BCI این دانشگاه در حال تحقیق روی روشی هستند كه به بیماران كمك می‌كند با استفاده از BCI بتوانند بر پروتزها و اندام مصنوعی خود كنترل داشته باشند.

شركت NeuroSky نیز در حال كار روی نوعی برنامه بر پایه BCI است. Johnny Liu، سخنگوی این شركت، می‌گوید: «این برنامه مخصوص مراكزی طراحی شده است كه خدمات بهداشتی و پزشكی ارائه می‌نمایند.»

وی می‌افزاید: «موارد استفاده از این برنامه شامل درمان بیماری‌های نارسایی ADD و همچنین استفاده در حوزه سرگرمی‌ها شامل بازی‌های ویدیویی و اسباب بازی است.»

فعالیت‌های سایبرسینتیك در دانشگاه براون: روش جدید تهاجمی‌

با استفاده از سیستم‌های سایبرسینتیك عصبی، دستگاه جدیدی به نام «سیستم رابط عصبی دروازه مغز» ابداع گردیده است. این سیستم كه كاربری آن در موارد پزشكی است، به گونه‌ای طراحی گردیده كه بیمارانی با آسیب‌های نخاعی یا دیگر انواع اختلالات كنترلی، با استفاده از آن خواهند توانست با استفاده از افكار خود كامپیوتر را كنترل نمایند.

روش «دروازه مغزی» بر پایه تحقیقات پروفسور John Donoghue، بنیانگذار مبحث سایبرسینتیك و دانشمند ارشد دانشگاه براون، ابداع گردید. تحقیقات پروفسور Donoghue با تمركز بر نحوه تفكر مغز انسان، در جست‌وجوی راهی بود كه مغز افكار را به سیگنال تبدیل می‌كند. 

این سیگنال‌ها انجام اعمالی همچون به حركت درآوردن بازو را ممكن می‌سازند. وی با طرح یك مثال توضیح داد زمانی كه فردی بخواهد بازویش را حركت دهد، میلیون‌ها سلول عصبی اقدام به ارسال پالس‌هایی در الگوهای پیچیده می‌نمایند.

با استفاده از تكنیك‌هایی همچون آرایه‌ای از الكترودهای چندگانه و تصویربرداری مغناطیسی تشدیدی (functional Magnetic Resonance Imaging: fMRI)، تیم تحقیقاتی Donoghue با ثبت سیگنال‌های مغزی یك بیمار، استفاده از پردازنده‌های سیگنال دیجیتالی ‌(DSP) و همچنین به كارگیری الگوریتم‌های مناسب، این سیگنال‌ها را به فرمتی تبدیل كردند كه برای كامپیوتر قابل استفاده و پردازش می‌باشند.

برای این‌كار بیمار ابتدا در یك دستگاه اسكنر MRI قرار داده شود. اسكنر با ایجاد یك میدان مغناطیسی و استفاده از سیگنال‌های رادیویی، به ثبت نحوه حركت و گردش خون در مغز می‌پردازد. این مبحث یعنی مطالعه نیروهای مؤثر در جریان خون كه شاخه‌ای از فیزیولوژی محسوب می‌شود را با نام هموداینامیك ‌(hemodynamic) می‌شناسند. برای این‌كار، چگونگی عكس‌العمل و تغییر گردش خون در زمانی كه بیمار برای مثال به تكان دادن اندام مصنوعی یا به حركت درآوردن مكان نمای كامپیوتر اقدام می‌نماید، مورد بررسی قرار می‌گیرد.

تغییرات هموداینامیك این موارد را در برمی‌گیرد: افزایش جریان خون و بالا رفتن میزان ارسال هموگلوبین به سلول‌های عصبی كه دخالت فعالانه دارند.

شکل 1- شرکت Honda Motor Corp موفق به ساخت یک سیستم BCI گردیده است که می‌تواند دست روباتیکی را حرکت دهد. زمانی که فرد در داخل دستگاه MRI دست یا انگشتان خود را حرکت می‌دهد، اسکنر MRI با تشخیص سیگنال‌های مغزی مرتبط با این حرکت و پردازش آن‌ها، با استفاده از یک نرم‌افزار رابط، فرامینی را به دست مصنوعی ارسال می‌کنند تا مشابه آن حرکات را انجام دهد.

در یك تحقیقات بالینی، سایبرسینتیك با استفاده از سیستم دروازه مغزی (BrainGate) به یك بیمار داوطلب كه از گردن به پایین دچار فلج گردیده كمك نمود فعالیت‌هایی همچون بازی رایانه‌ای یا استفاده از كنترل از راه دور تلویزیون را انجام دهد.

یك آرایه از میكروالكترودها از طریق جراحی در غشای مغزی بیمار قرار داده شد. محل كاشت الكترودها در ناحیه قدامی دو نیمكره مُخ و در پیشانی واقع است.

این ناحیه در حقیقت با ارسال سیگنال به تیره نخاعی و از آنجا به دیگر اعضای بدن، به حركت دادن بدن یا اشیای كمك می‌نماید.

این آرایه به صورت مربعی با اضلاعی به طول چهار میلی‌متر، به یكصد عدد میكروالكترود سیلیكونی مجهز است.

وظیفه این الكترودها حس كردن و ارسال پالس‌های الكتریكی از طریق سلول‌های عصبی چندگانه است. با تمركز افكار بیمار حول انجام یك عمل (مانند حركت دادن یك شیء)، پالس‌های قوی و جریانات الكتریكی شدیدی توسط سلول‌های عصبی ایجاد می‌گردد.

سپس این سیگنال‌ها به یك كانكتورِ تیتانیومیِ متصل به جمجمه انتقال می‌یابند و از آنجا و از طریق یك رشته فیبرنوری به آمپلی‌فایری كه وظیفه تقویت امواج را بر عهده دارد، ارسال می‌گردند. خروجی این آمپلی‌فایر به یك دستگاه كامپیوتر متصل است و در آنجا سیگنال‌ها در خروجی به فرمت‌های دلخواه تبدیل می‌گردند.

BrainGate یا دروازه مغزی در دو آزمایش بالینی دیگر نیز به كار گرفته شده است: یكی با هدف بازگشت تواناییِ به حركت درآوردن اعضای بدن در بیمارانی كه دچار آسیب نخاعی، ضربه مغزی یا تحلیل عضلانی گردیده‌اند و دیگری برقراری ارتباط برای بیمارانی كه از ناتوانی‌های ناشی از آسیب‌های عصبی مانند بیماری ALS رنج می‌كشند. شركت NeuroSky انتظار دارد سیستم نهایی را تا سال 2008 یا 2009 به صورت تجاری وارد بازار نماید.

به گفته Timothe Surgenor، مدیرعامل این شركت، نهایتاً این امید وجود دارد كه سایبرسینتیك با تكمیل سیستم بتواند امواج مغزی را به صورت بی‌سیم به آمپلی‌فایر و از آنجا به رایانه منتقل نماید تا بدین ‌وسیله نیاز به كانكتور و كابل از بین برود.

مركز Wadsworth؛ تلاشی دیگر از نوع غیرمخرب‌

مركز بهداشت عمومی Wadsworth واقع در نیویورك كه به یك آزمایشگاه مجهز است، نوع دیگری از یك روش غیرمخرب را ابداع نموده است. در این روش با استفاده از یك دستگاه موج‌نگار مغزی ‌(Electro Encephalo Gram:EEG) كه به صورت یك كلاه روی سر بیمار قرار می‌گیرد، امواج مغزی از طریق ثبت فعالیت‌های الكتریكی سلول‌های عصبی مغز دریافت می‌گردند.

تیم تحقیقاتی این مركز با رهبری Jonathan Wolpaw، مدیر بخش اختلالات سیستم عصبی آزمایشگاه Wadsworth و استاد دانشگاه آلبانی، دستگاه تحقیقاتی BCI2000 را ابداع نمودند. در این دستگاه، یك ثبت‌كننده EEG مجهز به دویست الكترود، با استفاده از نوعی چسب خمیرمانند كه قابلیت رسانایی بالایی دارد، به صورت كلاه روی جمجمه بیمار قرار داده می‌شود و به این شكل سیگنال‌هایی كه سلول‌های عصبی ارسال كنند را ثبت می‌نماید.

این سیستم از یك آمپلی‌فایر شانزده كانالیِ مخصوص تقویت علایم حیاتی (Biosignal)، برای تقویت امواج دریافت شده استفاده می‌كند. پس از آن بخش پردازنده سیگنال دیجیتالی ‌(DSP) با بررسی و اندازه‌گیری سیگنال‌ها، اطلاعات آن‌ها را با استفاده از یك دیجیتایزر به فرمت دیجیتال و مناسب برای استفاده و پردازش در رایانه آماده می‌نماید. به گفته Wolpaw برای بالا بردن كارایی دستگاه، اعضای تیم تحقیق به بیماران می‌آموختند كه چه تمرین‌هایی را انجام بدهند تا بیشترین كنترل را بر امواج مغزی خود داشته باشند.

یكی از برنامه‌های Wadsworth، ساخت دستگاهی است به نام P300 كه به كمك افرادی میآید كه مشكل ناتوانی در تكلم دارند. این دستگاه بلافاصله پس از تجربه یك محرك حسیِ غیرمنتظره و قوی از سوی بیمار، با ارسال یك پالس ولتاژ مثبت كه روی موج نگار EEG به صورت یك موج رو به بالا ثبت خواهد شد، عكس‌العمل نشان می‌دهد. این امواج مغزی حاوی هیچ‌گونه اطلاعاتی نیستند، اما در عوض سیستم Wadsworth را قادر می‌سازند تمایل بیمار برای برقراری یك ارتباط (به هر شكل ممكن) را بازگو كند.

برای بیمار مجموعه‌ای از حروف و اشكال به صورت تصادفی نمایش داده می‌شود و هنگامی كه نوبت نمایش عكس یا حرف مورد نظر می‌رسد، دستگاه موج‌نگار مغزی P300 یك ولتاژ ارسال می‌كند. پس از آن و در مرحله بعدی، BCI2000 این ولتاژ را دریافت می‌كند و عكس یا حرف مورد نظر را علامت‌گذاری می‌نماید.

این فرآیند در حال حاضر كُند است؛ با سرعت دو تا چهار حرف در دقیقه. Wolpaw دلیل این امر را نیازمندی سیستم به زمان كافی برای جمع‌آوری سیگنال‌ها از نواحی مختلف مغز، جداسازی سیگنال‌هایی كه از عصب‌های مناسب آمده‌اند، و در انتها ترجمه مناسب این سیگنال‌ها به اعمال مورد نظر بیمار، ذكر می‌كند. وی می‌افزاید: «محققان در تلا‌شند با طراحی روش‌های مناسب‌تر برای آنالیز سیگنال‌ها، سرعت سیستم را بهبود ببخشند.»

Wolpaw در انتها یادآوری می‌كند كه این گروه در نظر دارد با تأسیس یك مؤسسه غیرانتفاعی، امكان دسترسی افراد نیازمند را به این سیستم آسان‌تر سازد.

هوندا؛ فناوری MRI

شركت ژاپنی هوندا اخیراً با همكاری آزمایشگاه‌های علوم عصبی ATR و در اجرای یك پروژه مشترك با استفاده از امواج مغزی حركات ساده یك روبات را كنترل نمودند.

مطابق توضیحات Yukiyasu Kamitani، یكی از محققان ATR، شركت‌كنندگان در آزمایش در داخل یك اسكنر MRI قرار داده شدند و از آنان خواسته شد در همان حال دست‌ها و انگشتان خود را در جهات مشخصی حركت دهند.

مشابه آنچه كه در سیستم سایبرسینتیك دیدیم، اسكنر هوندا نیز علایم مغزی فرد آزمایش شونده را ثبت می‌كند. پس از آن سیستم سیگنال‌های MRI را از طریق كابل‌های شبكه و با استفاده از پروتكل TCP/IP به یك دستگاه كامپیوتر ارسال می‌كند. این اطلاعات در داخل كامپیوتر پردازش می‌شوند و سپس با استفاده از یك نرم‌افزار ویژه، دستورات لازم برای به حركت درآمدن دست روباتیك صادر می‌گردند.

همان‌طور كه در شكل 1 نشان داده شده است، چنانچه فرد در داخل اسكنر دست خود را مشت كند یا اقدام به باز كردن انگشتان دست خود بنماید، دست مصنوعی نیز دقیقاً همان حركات را انجام خواهد داد.

آن‌گونه كه Sachi Ito، سخنگوی شركت هوندا، می‌گوید، این شركت در خلال دهه آینده با بهره بردن از نتایج این تحقیقات اقدام به بهبود روبات محبوب این شركت یعنی Asimo خواهد نمود تا بتواند در آینده به طور وسیعی از این روبات در اهداف مرتبط با روابط عمومی و همچنین فعالیت‌های تبلیغاتی استفاده نماید.

در آینده دور ممكن است این فناوری سبب ایجاد ابداعاتی در زمینه ایمنی گردد. Kamitani به مثالی اشاره می‌كند كه در آن سیستم با درك قصد و هدف راننده (مانند جهتی كه راننده می‌خواهد به آن سمت تغییر مسیر دهد) و تبدیل آن به اطلاعات مناسب، این اطلاعات را با دیگر رانندگان و همین‌طور عابران پیاده به اشتراك بگذارد. وی همچنین اشاره می‌كند كه در حال حاضر قابل‌حمل‌بودن این سیستم‌ها مسئله مهمی است؛ زیرا دستگاه‌های MRI وزنی بالغ بر چندین تن دارند.

دانشگاه استنفورد؛ برنامه‌ریزی برای تشخیص حركت‌

هدف از تحقیقات BCI در دانشگاه استنفورد، تشخیص سیگنال‌هایی است كه مغز هنگام تصمیم برای حركت دادن بدن به سمتی مشخص ایجاد می‌نماید.

«هرگاه ما بدن خود را حركت می‌دهیم، ابتدا و پیش از هر چیز برای انجام آن حركت تصمیم می‌گیریم.» این سخن پروفسور Krishna shenoy، استادیار دانشگاه استنفورد و مدیر آزمایشگاه سیستم‌های عصبی مصنوعی این دانشگاه، است.

وی در ادامه می‌گوید: «فهم برنامه‌ریزی و نحوه عملكرد فعالیت‌های عصبی، اهمیت فوق‌العاده‌ای در بحث اندام‌های مصنوعی دارند؛ زیرا این موضوع به شما خواهد گفت كه برای مثال، حركت دست در چه نقطه‌ای باید پایان پذیرد و این حتی پیش از لحظه‌ای است كه شما حتی حركت را شروع كرده باشید.»

Shenoy خاطر نشان می‌كند: «اطلاعاتی كه از مطالعه نحوه برنامه‌ریزی مغز انسان به دست می‌آید، به شكلی مؤثر موجب پیشرفت در برآوردهای ریاضی قضیه خواهند شد. كاربرد این برآوردها در تخمین نحوه حركت بازو و افزایش بازدهی سیستم از طریق بالا بردن سرعت و دقت دستگاه است.»

به همین دلیل، تیم تحقیقاتی بررسی‌های خود را معطوف نحوه برنامه‌ریزی سلول‌های عصبی مغز برای به حركت درآوردن بازو نموده‌اند.

گروه Shenoy امیدوار است نتایج این تحقیقات به ساخت اندام‌های مصنوعی مؤثرتر و طراحی سیستم‌هایی منجر گردند كه كاربران با استفاده از آن قادر باشند كنترل دستگاه‌های مختلف را در دست بگیرند.

دانشگاه كلمبیا؛ جست‌وجوی تصویری‌

دانشمندان آزمایشگاه محاسبات عصبی و تصویربرداری هوشمند دانشگاه كلمبیا ‌(LIINC) در حال طراحی یك سیستم BCI هستند كه قادر خواهد بود با سرعتی بالاتر از سرعت انسان و حتی كامپیوتر، تصاویر را جست‌وجو نماید.

این تحقیق كه سرمایه آن به صورت فدرالی تأمین گردیده قادر است با جست‌وجوهای سریع در بین تصاویر ویدیویی، در یافتن مجرمان، خرابكاران و دیگر فعالیت‌های مشكوك به مجریان قانون كمك كند.

مطابق توضیحات مدیر آزمایشگاه LIINC، پروفسور Paul Sajda، سیستم C3Vision یا Cortically Coupled Computer Vision، با بهره‌گیری از قابلیت‌های مغز انسان قادر است عناصر جدید، غیرعادی، جالب توجه یا نادر را در میان انبوهی از تصاویر و با سرعتی بسیار بالاتر از آنچه انسان قادر به شناسایی آن‌ها باشد، تشخیص دهد.

شکل 2- در سیستم بیومتریک پیشنهادی دانشگاه کارلتون که مبتنی بر BCI است، آزمایش‌شوندگان از افکار مشخصی به‌عنوان کلمه عبور (که در اینجا از آن با نام افکار عبور «pass-thoughts» یاد می‌شود) استفاده می‌کنند. زمانی که فردی قصد دسترسی به یک سیستم یا یک ساختمان حفاظت شده را دارد، برای انجام عملیات احراز کافی است به کلمه عبور ذهنی مورد نظر فکر کند. در این حال قطعه سربندی که به تعدادی الکترود مجهز است، سیگنال‌های مغزی را ثبت می‌نماید. پس از آن سیستم با استخراج مشخصه‌های سیگنال مزبور، اطلاعات به دست آمده را برای پردازش به یک دستگاه رایانه ارسال می‌کند. این اطلاعات شامل هویت خصیصه‌های فرعی است که دقیقاً با اطلاعات مربوط به کلمه عبور ذهنی مطابقت داشته باشند. در انتها سیستم بیومتریک موجود به مقایسه خصیصه‌های فرعی با آنچه که پیش از آن برای هر یک از کاربران مجاز ذخیره شده است، اقدام خواهد نمود.

سیستم C3Vision تصاویر را با سرعت بسیار بالا برای افراد مایل به بالا بردن توانایی‌های خود در فعالیت‌های گوناگون نمایش می‌دهد.

برای مثال، افسران پلیس می‌توانند از این سیستم جهت كشف فعالیت‌های مجرمانه استفاده كنند یا رادیولوژیست‌‌ها از آن برای تشخیص اختلالات فیزیولوژیكی در عكس‌ها مانند تصاویر ماموگرافی بهره ببرند.

كاربر دستگاه یك كلاه EEG را بر سر می‌گذارد. این كلاه وظیفه اندازه‌گیری سیگنال‌های الكتریكی گروه‌های عصبی را بر عهده دارد كه در نقاط مختلف مغز واقع هستند.

بنا به گفته Sajda، سیستم C3Vision از این اطلاعات برای شناسایی صحنه‌هایی استفاده خواهد كرد كه از دید كاربر صحنه‌هایی خاص و ویژه محسوب می‌شوند. در ادامه سیستم با در نظر گرفتن شدت و ضعف سیگنال دریافتی از مغز فرد مشاهده‌كننده، اقدام به دسته‌بندی صحنه‌ها بر اساس اهمیت آنان می‌نماید.

به گفته Sajda این توانایی اهمیت خاصی در بین سیستم‌های بصری رایانه‌ای دارد؛ زیرا محدودیت قدرت مغز انسان در شناسایی سریع اشیای مشاهده شده در موقعیت‌ها، حالت‌ها و محیط‌های متفاوت با استفاده از چنین سیستم‌هایی بسیار بهبود خواهد یافت.

دانشگاه فناوری هلسینكی؛ MEG

دانشمندان گروه تحقیقاتی آزمایشگاه علوم و فناوری مهندسی محاسباتی دانشگاه هلسینكی در فنلاند از یك سرپوش EEG برای ثبت امواج مغزی استفاده می‌كنند تا به كاربر كمك كنند با فكر كردن به حركات دست، از یك صفحه  كلید مجازی استفاده نماید.

همچنین این گروه تحقیق با مطالعه استفاده از مغزنگاری مغناطیسی (magnetoencephalography:MEG) به روشی دست یافتند كه بر اساس آن موفق شدند میدان مغناطیسی ضعیفی كه از طریق فعالیت‌های الكتریكی مغز به وجود می‌آید را ثبت كنند.

برای تعیین این‌كه كاربر چه قصد و منظوری دارد، سیستم‌های MEG اقدام به تفسیر و ترجمه این میدان‌های مغناطیسی می‌نمایند. روش كار در اینجا بسیار مشابه روش كار سیستم‌های EEG در تفسیر سیگنال‌های الكتریكی خواهد بود.

محققان دانشگاه هلسینكی اظهار می‌كنند كه دلیل علاقمندی آنان به سیستم MEG، حساسیت بالا و دقت خوب این دستگاه‌ها است.

در هر حال فاكتور قابلیت حمل، موضوع مهمی خواهد بود؛ زیرا از آنجایی كه همانند اسكنرهای MRI، كاربر (یا بیمار) برای به راه‌اندازی سیستم باید در داخل دستگاه قرار گیرد، این‌گونه دستگاه‌ها از اندازه‌های بزرگی برخوردار خواهند بود.

دانشگاه كارلتون؛ بیومتریك‌

دانشگاه كانادایی كارلتون در حال كار روی یك نوع ابزار تشخیص هویت است كه اساس كار آن بر مبنای سیستم BCI است. این وسیله جایگزین خوبی برای انواع روش‌های سنتی و قدیمی‌تر مانند اسكنرهای اثر انگشت یا شبكیه چشم خواهد بود.

محققان دانشگاه كارلتون با بررسی نحوه عكس‌العمل مغز به محرك‌های محیطی مانند صدا یا تصویر به روشی دست یافتند كه از آن می‌توان در جهت تأیید و تصدیق هویت استفاده نمود. به گفته Julie Thorpe، دانشجوی دكترای دانشگاه كارلتون، آزمایش‌ها نشان می‌دهند كه امواج EEG مغز كه در پاسخ به محرك‌های محیطی ایجاد می‌شوند در هر  شخص منحصر به فرد بودند و از این بابت دارای پتانسیل‌های بیومتریك هستند.

البته محققان این دانشگاه تاكنون موفق به ساخت دستگاهی نشده‌اند كه بر این اساس عمل نماید، اما اساساً می‌توان تصور نمود كه كاربر با پوشیدن یك كلاه مخصوص مجهز به تعداد زیادی الكترود، با فشار دادن یك دگمه یا كلید روی صفحه  كلید، عملیات «احراز هویت بیومتریك» را آغاز می‌كند و با فكر كردن به یك موضوع خاص كه به‌عنوان كلمه عبور یا (pass-thought) عمل می‌نماید، به سیستم دسترسی می‌یابد و در انتها با فشار دادن كلیدی دیگر، عملیات را خاتمه می‌دهد.

پس از این‌كار سیستم به ثبت و ذخیره سیگنال‌هایی می‌پردازد كه مغز كاربر در هنگام فكر كردن به pass-thoughtایجاد نموده است و در انتها با استخراج كلیه ویژگی‌های خاص این سیگنال‌ها، اطلاعات را برای پردازش به رایانه انتقال می‌دهد.

هنگامی كه كاربران می‌خواهند به یك سیستم حفاظت شده دسترسی پیدا كنند، كافی است pass-thought خود را ایجاد كنند. سپس سیستم بیومتریك با استخراج و ثبت خصیصه‌های مربوطه و همان‌طور كه در شكل 2 نشان داده شده است، به مقایسه آنان با نمونه‌های ذخیره شده مربوط به كاربران مجاز می‌پردازد.

برخلاف دیگر اقدامات انجام شده در زمینه ساخت سیستم‌های بیومتریك، سیستم دانشگاه كارلتون به كاربران اجازه می‌دهد با تغییر در محرك‌ها، شناسه خود را نیز تغییر دهند.

سیگنال‌های عصبی؛ الكترودهای بافت‌های عصبی‌

اخیراً و با استفاده از خواص سیگنال‌های عصبی  پروژه‌ای راه‌اندازی شده كه موضوع آن ساخت دستگاه احیای قدرت تكلم یا «speech-restoration» است. این دستگاه با كارگذاشتن الكترودهای عصبی در ناحیه بروكای مغز بیمار، به دریافت سیگنال‌های عصبی می‌پردازد.

این ناحیه از مغز كه وظیفه كنترل تكلم را برعهده دارد، در بخش پایینی ناحیه قدامی دو نیمكره واقع است. بنا به اظهارات Phil Kennedy، دانشمند ارشد پروژه، این دستگاه سلول‌های عصبی را وادار می‌سازد با چسبیدن به نوك الكترودهای كارگذاشته شده در همان ناحیه، رشد كنند و بدین ‌ترتیب و از طریق سیم‌های متصل شده، سیگنال‌های مغزی را برای ثبت و پردازش ارسال نمایند. وی در ادامه خاطر نشان كرد كه اتصال میان رشته‌های عصبی و الكترودها موجب تداوم و پایداری سیگنال می‌گردد.

محققان مشخص نموده‌اند كه كدام سیگنال‌های مغزی مربوط به هر یك از سی‌ونُه آوای موجود در زبان انگلیسی هستند. بدین‌ترتیب سیستم خواهد توانست سیگنال‌های مغز بیمار را به كلمات تبدیل كند. به گفته كندی، ایجاد امكان ارتباط با محیط با استفاده از روش كاشت الكترود برای هر بیمار، هزینه‌ای در حدود دویست و پنجاه هزار دلار خواهد داشت.

تداخل رابط‌ها

تحقیقات بیشتر موجب پیشرفت فناوری BCI گردیده است. هرچند این سیستم جهت فراگیر شدن، با موانع متعددی روبه‌رو است. اول از همه این‌كه، این فناوری به قدری جدید است كه محققان هنوز در حال یاد گرفتن نحوه صحیح و مؤثر پیاده‌سازی و سازگاری آن با بیماران مختلف هستند؛ زیرا هر كس نیازها و خصوصیات فیزیكی متفاوت و منحصر به‌فردی دارد.

تا زمانی‌كه سیستم‌های BCI به طور گسترده به صورت تجاری درنیامده‌اند، به خاطر استفاده از فناوری‌های پیچیده و منحصربه‌فرد، بسیار گرانقیمت خواهند بود. همچنین این سیستم‌ها از نظر اندازه فیزیكی بسیار بزرگ و حجیمند و این امر استفاده عمومی آن‌ها را در بسیاری از موارد ناممكن و غیرعملی می‌سازد.

سیستم‌های BCI برای سازگاری با هرگونه استفاده باید بیش از وضعیت فعلی، خودكار شوند. استفاده از این سیستم‌ها درحال حاضر پیچیده و تفسیر نتایج خروجی آنان كاری مشكل است. به همین خاطر، تنها افراد متخصص توانایی كار با این سیستم‌ها را دارند.

علاوه بر آن و به گفته Shhenoy، از دانشگاه استنفورد، متخصصان فنی نیز باید برای راه‌اندازی دستگاه كارهای گوناگونی را انجام دهند. مهم‌ترین این موارد شامل اتصال فیش‌های الكترودها، وارد ساختن پارامترهای مورد نیاز برای پردازش سیگنال، و تنظیم پردازش به منظور هماهنگ ساختن آن با تغییرات سیگنال‌های عصبی هستند.

افزون بر این، كاربران نیز باید بیاموزند در استفاده از یك سیستم BCI و برای گرفتن نتیجه دلخواه خود، چگونه از افكار خویش بهره بگیرند. این فرایند ممكن است هفته‌ها یا ماه‌ها به طول بینجامد. تمام این موارد بیان می‌كنند كه برای پذیرش گسترده سیستم‌های BCI، راه سخت و دشواری در پیش است؛ زیرا به گفته Berger، از USC، هنگامی كه زمان فرایند به طول بینجامد و بیماران در استفاده از دستگاه ناموفق عمل كنند، صبر و تحمل خود را از دست خواهند داد.

مانع دیگر، آن‌گونه كه Surgenor می‌گوید، این‌است كه روند تجاری سیستم‌های BCI به اندازه‌ای جدید است كه بسیاری از شركت‌ها زمان و سرمایه لازم را برای توسعه مؤثر محصولات صرف نمی‌نمایند.

دقت سیگنال‌

مطلب دیگر درباره فناوری BCI (به ویژه روش‌های غیرمخرب) میزان دقت در ثبت سیگنال‌های مغزی است. این موضوع به ویژه زمانی كه مواردی همچون تعیین جهت حركت بازوی بیمار مطرح هستند، اهمیت بیشتری پیدا می‌كند.

Berger می‌گوید: «اخذ نتایج مطمئن و اطلاعات معتبر از سنسورهایی كه مستقیماً با مغز در تماس نیستند،  كار دشواری است.» به گفته وی در اینجا بحث تضعیف سیگنال مطرح است: زیرا این سیگنال‌ها باید مسافتی را از عصب تا سنسور بپیمایند.

به علاوه، وی اشاره می‌كند كه یك سیستم BCI باید سیگنال‌ها را از یك دسته عصب مشخص بخواند كه با افكار كاربر در ارتباطند، اما زمانی كه سنسورها در خارج از جمجمه جای دارند، ممكن است سیگنال‌ها از عصب‌هایی خوانده شوند كه مربوط به ناحیه دیگری هستند.

كارایی الكترودها

سیستم‌های BCI مخرب ممكن است با الكترودهای خود دچار مشكل شوند. برگر اشاره می‌كند كه مغز اشیای بیگانه را تشخیص می‌دهد و سعی می‌كند آن‌ها را از خود براند. وقتی مغز با مشكل اشیای بیگانه روبه‌رو می‌شود، یاخته‌های مغزی با سرعت زیاد شروع به ازدیاد می‌كنند و از دیگر نقاط مغز به سمت ناحیه آلوده هجوم می‌آورند. برای مثال، چنانچه یكی از عروق خونی موجود در داخل مغز پاره شود، یاخته‌ها به سمت محل مورد نظر حركت می‌كنند تا رگ‌های آسیب‌دیده را ایزوله كنند.

با این مقدمه برگر توضیح می‌دهد زمانی كه یك جراح الكترودی را در مغز جای می‌دهد، یاخته‌های مغزی می‌كوشند الكترود را محاصره ‌نمایند. این‌كار موجب می‌شود سیگنال‌های ارسالی از سوی این الكترودها تضعیف شوند و كارایی سیستم كاهش بیابد. وی همچنین می‌افزاید: تحریك شدن مغز می‌تواند به محدود شدن اثربخشی سیستم منجر گردد.

عكس‌العمل مغز به كارگذاری الكترودها بخش مهم و حساس تحقیق است. تلاش‌های كنونی بر ساخت تركیب آمینواسیدهایی متمركز است كه سطوح خارجی اعصاب و پوشش الكترودها با آن‌ها پوشیده داده می‌شوند تا سیستم دفاعی بدن را به اشتباه بیندازد تا الكترودها را همانند دیگر سلول‌های عادی بپذیرد.

پوشاندن الكترودها با داروهایی همچون Rapamyacin می‌تواند عكس‌العمل دفاعی مغز را خنثی كند. برگر می‌گوید: از این تكنیك در اعمال جراحی دیگری همچون بازگشایی عروق قلب با استفاده از بالن استفاده می‌شود.

جمع‌بندی‌

خلاصه این‌كه، BCI قادر است به افراد ناتوان كمك كند تا رایانه، اعضای مصنوعی، صندلی چرخدار یا دیگر سیستم‌های كمكی را كنترل نمایند.

در طول این مدت محققان امیدوارند به ساخت سیستم‌های BCI‌ای نائل شوند كه با بالاترین دقت، بیشترین سرعت و كمترین آثار جانبی، اقدام به تفسیر و تولید اعمال پیچیده بنمایند.

Kamitani، از شركت ATR، می‌گوید: «هرچه این دستگاه‌ها از لحاظ حجم و اندازه كوچك‌تر شوند، بیشتر می‌توان از آن‌ها در فعالیت‌های روزمره مانند به كارگیری صفحه‌كلید و تلفن، استفاده نمود. در آینده نزدیك سیستم‌های BCIخواهند توانست روبات‌های پیچیده یا حسگرهای الكتریكی كه مستقیماً درون ماهیچه جای داده شده‌اند را كنترل نمایند و به بیماران فلج یا مجروح كمك كنند اعضای بدن خود را به حركت دربیاورند.»

برگر می‌گوید: «این سیستم‌ها همچنین قادر خواهند بود با شناسایی زمان وقوع overload و ارائه بازخورد مناسب برای حل آسان‌تر مشكل، به خلبانان و رانندگان كمك نمایند.»

سازندگان خودرو می‌توانند با تعبیه یك سیستم BCI در داخل پشت سر صندلی، فعالیت‌های مغز راننده را مانیتور نمایند و هنگامی كه راننده دچار خواب آلودگی می‌شود، با علایم صوتی به او هشدار دهد.

برگر همچنین اشاره می‌كند كه صنعت ساخت بازی‌های رایانه‌ای به ویژه در اروپا به پتانسیل‌های نهفته در فناوری BCI علاقمند گردیده‌اند. این پتانسیل‌ها به كاربران اجازه خواهد داد سیستم خود را به آسانی تنظیم و كنترل نمایند. محققان دانشگاه فناوری zGra در حال آزمایش سیستم مجازی‌سازی پیچیده‌ای هستند كه به مردم كمك خواهد كرد با استفاده از فناوری‌های مبتنی بر BCI برای گذشت از محیط‌های چندگانه و مركب تنها از افكار خود بهره بگیرند.

Vidal، از دانشگاه كالیفورنیا در لس‌آنجلس، می‌گوید: «سرانجام سیستم‌های محاسباتی مجهز به توابع مغزی كه این روزها رشد فزاینده‌ای نیز از خود نشان می‌دهند، استفاده كاربردی خواهند یافت و مطمئناً بسیاری از آنان در حوزه‌هایی به كار گرفته می‌شوند كه كاملاً غیرمنتظره و غافلگیركننده خواهد بود.»

 

http://electroo.blogfa.com/post-109.aspx

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :