رابط مغز و کامپیوتر به بیمار مبتلا به سندرم قفل‌شدگی اجازه داد با دیگران ارتباط برقرار کند

یک مرد 36 ساله آلمانی مبتلا به سندرم قفل‌شدگی و کاملا فلج توانست از طریق یک سیستم جدید رابط مغز و کامپیوتر که مجهز به بازخورد شنیداری بود یاد بگیرد که فعالیت مغز خود را در پاسخ به بازخورد شنیداری تغییر دهد تا بتواند پیام‌های ساده‌ای را بنویسد. لازم به توضیح است که مغز بيماران مبتلا به اين عارضه عملكرد كاملا طبيعي دارد، اما هيچ كنترلي بر بدن خود ندارند و با وجود هوشياري كامل نسبت به محيط اطراف، امكان ارتباط با دنياي خارج را از دست مي‌دهند. به بیان دقیق‌تر، بيمار تكلم ندارد و در مواردی تنها توانایی حركت دادن چشم‌ها در راستاي عمودي را دارد.

مطلب پیشنهادی

رابط مغز و کامپیوتر چیست؟

طبق پژوهشی که نتایج آن در نشریه Nature Communications منتشر شده، این فرد بیمار پس از دریافت این رابط هوشمند موفق شد با پسر کوچک خود ارتباط برقرار کند و حتا برای گروهی که موسیقی مورد علاقه او را می‌نواختند، سفارش نوشیدنی دهد. 

رابط‌های مغز و کامپیوتر با سلول‌های مغز تعامل دارند، فعالیت الکتریکی نورون‌ها را ثبت و آن سیگنال‌ها را به دستورات اجرایی تبدیل می‌کنند. چنین سیستم‌هایی معمولا شامل حسگرهای الکترود برای ثبت فعالیت‌های عصبی، یک تراشه برای انتقال سیگنال‌ها و الگوریتم‌های کامپیوتری برای ترجمه سیگنال‌ها هستند. BCI‌ها می‌توانند خارجی باشند، همانند نوارهای مغزی یا EEG‌های پزشکی که الکترودها با یک کلاه پوشیدنی روی پوست سر یا پیشانی قرار می‌گیرند یا می‌توانند مستقیماً در مغز کاشته شوند. روش اول کمتر تهاجمی است، اما ممکن است دقت کمتری داشته باشد، چون نویز بیشتری با سیگنال‌ها تداخل پیدا می‌کنند. مورد دوم نیاز به جراحی مغز دارد که می‌تواند خطرناک باشد، اما برای بسیاری از بیماران فلج یا دچار قفل‌شدگی کامل، این ریسک پذیرفتنی است.

سال گذشته شاهد دو نقطه عطف مهم در عرصه رابط‌های مغز و کامپیوتر بودیم. در مارس 2021، شرکت فناوری عصبی نورالینک (Neuralink) فیلمی از یک میمون منتشر کرد که با استفاده از ایمپلنت مغزی که به‌صورت بی‌سیم به کامپیوتر بازی متصل شده بود، بازی ویدیویی پونگ را انجام می‌داد. شرکت نورالینک برای دستیابی به این هدف،  این دستگاه را در ابعاد مینیاتوری و کوچک‌ طراحی کرد و امکان برقراری ارتباط بی‌سیم را برای آن به‌وجود آورد. آوریل 2021، محققان کنسرسیوم برین‌گیت (BrainGate) که یک کنسرسیوم تحقیقاتی است، توانستند یک BCI بی‌سیم با پهنای باند بالا را در دو انسان مبتلا به بیماری تتراپلژی یا فلج چهار اندام با موفقیت آزمایش کنند.

مطلب پیشنهادی

تلاش‌هایی بی وقفه برای درک بهتر عملکرد مغز انسان

مزیت‌های ساخت مغز مصنوعی

در مطالعه‌ جدید، از یک رابط مغز و کامپیوتر کاشتنی سیمی استفاده شده است. افراد مبتلا به اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) که در اصطلاح عامیانه به‌عنوان بیماری لو گهریگ شناخته می‌شود، اغلب فلج می‌شوند و برقراری ارتباط برای آنان غیرممکن می‌شود، در حالی که توانایی شناختی دارند. تاکنون دستگاه‌های متعددی در جهت کمک به بازیابی توانایی ارتباطی این بیماران ساخته شده‌اند، از جمله رابط‌های مغز و کامپیوتر که بر مبنای حرکات چشم هستند، اما بیماران مبتلا به سندروم قفل‌شدگی کامل، ممکن است همان میزان کنترل حرکتی اندک را  نیز به‌مرور زمان از دست بدهند.

مرد آلمانی که در این مطالعه حضور داشت، در آگوست 2015 به آتروفی عضلانی پیشرونده مبتلا شده بود. یک نوع ALS که روی نورون‌های حرکتی تأثیرگذار است. در عرض چند ماه، او توانایی راه رفتن یا برقراری ارتباط کلامی را از دست داد و در جولای 2016 به‌طور مصنوعی به او اکسیژن داده می‌شد و از طریق لوله تغذیه می‌کرد. این مرد ابتدا از طریق یک دستگاه کمکی بر اساس حرکات چشم ارتباط برقرار کرد، اما وضعیت او به‌مرور زمان بدتر شد.

خانواده این مرد که متوجه شدند او به‌زودی کنترل حرکات چشم خود را نیز از دست می‌دهد و کاملاً قفل می‌شود، از نیلز بیربائومر که در دانشگاه توبینگن کار می‌کرد و اوجوال چوداری که در سازمان غیرانتفاعی ALS Voice gGmbH مشغول به کار بود، کمک خواستند و درباره گزینه‌های جایگزین از آن‌ها سؤال کردند. به نظر آن‌ها BCI کاشتنی بهترین گزینه بود، در نتیجه جراحان مغز و اعصاب در مونیخ این جراحی را برای بیمار انجام دادند. این رابط مغز و کامپیوتر با سلول‌های مغز تعامل دارد، فعالیت الکتریکی نورون‌ها را ثبت می‌کند و آن سیگنال‌ها را به یک خروجی تبدیل می‌کند. این سیستم‌ شامل حسگرهایی مجهز به الکترود برای ثبت فعالیت‌های عصبی، تراشه‌ای برای انتقال سیگنال‌ها و الگوریتم‌های رایانه‌ای برای ترجمه سیگنال‌ها است. 

آن‌ها دو میکروالکترود در قشر حرکتی چپ بیمار (سمت غالب) قرار دادند تا سیگنال‌های عصبی را شناسایی کنند و سپس این سیگنال‌ها از طریق یک اتصال سیمی جهت پردازش به کامپیوتر ارسال ‌شدند. نرم‌افزار NeuroKey این داده‌ها را رمزگشایی کرده و آن‌ها را به‌صورت بازخورد شنیداری پخش کرد، زیرا بینایی بیمار بسیار محدود بود. بیمار به‌سرعت یاد گرفت که چگونه لحن صدا را تنظیم کند و در نهایت نرخ شلیک عصبی (Firing Rate) خود را طوری تعدیل کند که با فرکانس بازخورد مطابقت داشته باشد. پس از ماه‌ها جلسات آموزشی  و مشاوره، این مرد توانست حروف و املای کلمات را برای برقراری ارتباط انتخاب کند.

اولین پیام او یک تشکر ساده از بیربائومر و اعضای تیم و بخش مراقبت‌های بهداشتی بود. او در یکی از پیام‌های خود درخواست ماساژ سر یا قرار دادن ژل بیشتر روی چشمش (که مستعد خشکی بود) و درخواست برای بالاتر بردن سرش هنگام حضور بازدیدکنندگان را ارائه داد. او حتا پیشنهاداتی را برای بهبود عملکرد سیستم به تیم توسعه‌دهنده این فناوری به‌شکل املایی ارائه کرد.

در نهایت، او توانست درخواست‌های غذایی خاصی برای لوله تغذیه‌اش داشته باشد: سوپ با گوشت، سوپ نخود شیرین و ادویه کاری با سیب‌زمینی. او از مراقبانش درخواست نوشیدنی و پخش آهنگی از گروه مور علاقه‌اش کرد. حتا توانست با پسرش که احساسات او را عمیقا برمی‌انگیخت ارتباط برقرار کند. او 251 روز بعد از دریافت این رابط، گفت که پسرش را دوست دارد و کمی بعدتر از او سوال کرد که آیا می‌خواهد همراه او کارتون تماشا کند و در روز 462 گفت که بزرگ‌ترین آرزویش داشتن یک تخت خواب جدید است و این‌که می‌خواهد همراه با خانواده‌اش برای کباب خوردن بیرون برود.