به تدریج چیزهای جدید زیادی وارد زندگی ما می شوند. توسعه فناوری ثابت نمی‌ماند و فردا ممکن است چیزی که دیروز جرات رویای آن را نداشتیم ممکن شود. رابط عصبی کامپیوتر (NCI) ارتباط بین مغز انسان و فناوری، تعامل جزئی آنها را واقعی می کند.
NCI چیست؟
NCI سیستمی برای تبادل اطلاعات بین مغز انسان و یک دستگاه الکترونیکی است. تبادل می تواند دو طرفه باشد، زمانی که تکانه های الکتریکی از دستگاه به مغز می رسد و بالعکس، یا یک طرفه، زمانی که فقط یک شی اطلاعات دریافت می کند. به عبارت ساده تر، NCI چیزی است که به آن «مدیریت قدرت فکر» می گویند. یک کشف بسیار مهم، که در حال حاضر به طور گسترده در بسیاری از زمینه های زندگی استفاده می شود.
NCI چگونه کار می کند؟
نرون های مغز با استفاده از تکانه های الکتریکی اطلاعات را به یکدیگر منتقل می کنند. این یک شبکه بسیار پیچیده و پیچیده است که دانشمندان هنوز نمی توانند به طور کامل آن را تجزیه و تحلیل کنند. اما با کمک NCI امکان خواندن بخشی از اطلاعات تکانه های مغزی و انتقال آن به دستگاه های الکترونیکی فراهم شد. آنها به نوبه خود می توانند متحول شوندانگیزه وارد عمل می شود.
سابقه مطالعه NCI
قابل توجه است که کارهای دانشمند روسی IP Pavlov بر روی رفلکس های شرطی اساس توسعه رابط NC شد. همچنین نقش مهمی در مطالعه NCI توسط کار خود او در مورد نقش تنظیم کننده قشر مغز ایفا کرد. تحقیقات IP Pavlov در آغاز قرن بیستم در موسسه پزشکی تجربی در سن پترزبورگ انجام شد. بعدها، ایده های پاولوف در جهت رابط NC توسط فیزیولوژیست شوروی P. K. Anokhin و نوروفیزیولوژیست شوروی و روسی N. P. Bekhtereva توسعه یافت. تحقیقات جهانی NCI تنها در دهه 1970 در ایالات متحده آغاز شد. آزمایش ها بر روی میمون ها، موش ها و سایر حیوانات انجام شد. در جریان تحقیقات، دانشمندانی که با میمون‌های آزمایشی کار می‌کردند دریافتند که نواحی خاصی از مغز مسئول حرکات اندام‌های آنها هستند. از زمان این کشف، سرنوشت بعدی NCI مشخص شد.
الکتروانسفالوگرافی (EEG)
الکتروانسفالوگرافی روشی برای خواندن تکانه های الکترونیکی مغز با اتصال الکترودهای غیرتهاجمی به سر فرد است. روش غیر تهاجمی روشی است که در آن الکترودها بدون قرار دادن مستقیم در قشر مغز به سر شخص یا حیوان متصل می شوند. روش EEG نسبتاً مدت‌ها پیش ظاهر شد و سهم زیادی در توسعه رابط مغز و رایانه داشت. روش EEG امروزه به دلیل ارزان و موثر بودن استفاده می شود.
مراحل NCI
اطلاعات دریافتی از مغز انسان پردازش می شوددستگاه الکترونیکی در چهار مرحله:
- دریافت سیگنال.
- پیش درمان.
- تفسیر و طبقه بندی داده ها.
- خروجی داده.
مرحله اول
در مرحله اول، الکترودها یا مستقیماً در قشر مغز قرار می گیرند (روش تهاجمی) یا به سطح سر متصل می شوند (روش غیر تهاجمی). فرآیند خواندن اطلاعات از سلول های مغز آغاز می شود. الکترودها داده‌ها را از سیستم‌های منفرد نورون‌های مسئول اعمال مختلف جمع‌آوری می‌کنند.
پیش درمان
در مرحله دوم رابط مغز و رایانه، سیگنال های دریافتی از قبل پردازش می شوند. این دستگاه ویژگی‌های سیگنال را استخراج می‌کند تا ترکیب پیچیده داده‌ها را ساده کند، اطلاعات غیرضروری و نویزهایی را که با سیگنال‌های واضح مغز تداخل می‌کنند حذف کند.
مرحله سوم
در مرحله سوم رابط NDT، اطلاعات از تکانه های الکتریکی به یک کد دیجیتال تفسیر می شود. نشان دهنده یک عمل است، سیگنالی که مغز به آن داده است. سپس کدهای به دست آمده طبقه بندی می شوند.
خروجی داده
خروجی اطلاعات در مرحله چهارم رخ می دهد. داده‌های دیجیتالی به دستگاه متصل به مغز خروجی می‌شوند و دستوری را که از نظر ذهنی داده شده را اجرا می‌کند.
پروتزهای عصبی
یکی از زمینه های اصلی اجرای رابط مغزی، پزشکی است. پروتزهای عصبی برای بازگرداندن ارتباط بین مغز انسان و عملکرد اندام‌های آن، جایگزینی اندام‌های آسیب‌دیده در اثر بیماری یا جراحت، با بازیابی بعدی عملکردهای بدن سالم طراحی شده‌اند. NCI می تواند به ویژه برای افراد مبتلا به فلج یا از دست دادن اندام مفید باشد. در استفاده از پروتزهای عصبی از اصل عملکرد رابط مغز و کامپیوتر استفاده می شود. به بیان خیلی ساده، دست‌ها یا پاهای مصنوعی به فرد تعبیه می‌شود که از آن ایمپلنت‌های الکترونیکی به ناحیه‌ای از مغز که مسئول حرکت این اندام است منتهی می‌شوند. پروتزهای عصبی آزمایشات زیادی را پشت سر گذاشته اند، اما دشواری استفاده انبوه از آن در این واقعیت است که NCI نمی تواند سیگنال های مغز را به طور کامل بخواند و کنترل پروتزها در زندگی روزمره خارج از آزمایشگاه دشوار است. چند سال پیش، روسیه می خواست تولید پروتزهای عصبی را راه اندازی کند، اما تاکنون این امر اجرایی نشده است.
پروتزهای شنوایی
اگر هنوز اندام های مصنوعی در بازار انبوه ظاهر نشده اند، کاشت حلزون (پروتزی که به بازیابی شنوایی کمک می کند) برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گرفته است. برای دریافت آن، بیمار باید دارای درجه مشخصی از کم شنوایی حسی عصبی باشد (یعنی چنین کم شنوایی که در آن توانایی سمعک برای دریافت و تجزیه و تحلیل صداها مختل می شود). ترمیم شنوایی با کاشت حلزون زمانی استفاده می شود که سمعک معمولی نتایج مورد انتظار را به دست نیاورد. کاشت ایمپلنت در دستگاه گوش و قسمت مجاور سر در نتیجه یک عمل جراحی کاشته می شود. مانند هر رابط دیگر مغز و ماشین، کاشت حلزون باید کاملاً متناسب با پوشنده باشد. برای یادگیری نحوه استفاده از آن و شروع درک ایمپلنت به عنوان یک گوش جدید، بیمار باید دوره طولانی توانبخشی را طی کند.
آینده NCI
اخیراً همه جا می توانید درباره هوش مصنوعی بشنوید و بخوانید. این بدان معنی است که رویای بسیاری از مردم محقق می شود - به زودی مغز ما وارد همزیستی با فناوری خواهد شد. بدون شک این دوره جدیدی در رشد بشر خواهد بود. سطح جدیدی از دانش و فرصت ها. به لطف رابط مغز و کامپیوتر، تعداد زیادی اکتشاف جدید و مهم در بسیاری از زمینه های علم ظاهر می شود. علاوه بر استفاده برای مقاصد پزشکی، NCI می‌تواند کاربر را به دستگاه‌های واقعیت مجازی متصل کند. مانند ماوس کامپیوتر مجازی، صفحه کلید، کاراکترهای بازی های واقعیت مجازی و غیره.
مدیریت بدون دست
وظیفه اصلی رابط عصبی کامپیوتر، یافتن امکان کنترل تجهیزات بدون کمک عضلات است. اکتشافات در این زمینه به افراد مبتلا به فلج فرصت های بیشتری در حرکت، رانندگی و ابزارها می دهد. در حال حاضر NCI به طور یکپارچه مغز انسان و هوش مصنوعی رایانه را ترکیب می کند. این به لطف مطالعه عمیق اصول مغز انسان امکان پذیر شد. بر اساس آنها است که برنامه‌هایی تدوین می‌شوند که NCI و هوش مصنوعی بر اساس آن کار می‌کنند.
NTI در رباتیک
از زمانی که دانشمندان دریافتند که نواحی خاصی از مغز مسئول حرکت ماهیچه ها هستند، بلافاصله به این فکر افتادند که مغز انسان می تواند نه تنها بدن خود را کنترل کند، بلکه می تواند یک ماشین انسان نما را نیز کنترل کند. بسیاری از ماشین های روباتیک مختلف در حال حاضر ساخته می شوند. از جمله انسان نماها. رباتیک ها در کارهای انسان نما خود تلاش می کننداز رفتار افراد واقعی تقلید کنید اما تاکنون برنامه نویسی و هوش مصنوعی کمی بدتر از NCI با این کار کنار آمده اند. با استفاده از رابط NC، می توانید اندام های رباتیک را از راه دور کنترل کنید. مثلا در جاهایی که دسترسی انسان غیرممکن است. یا در مشاغلی که به دقت جواهرات نیاز دارند.
NCI برای فلج
بی شک بیشترین تقاضا رابط مغز و رایانه در پزشکی است. کنترل دست‌ها، پاهای مصنوعی، کنترل ویلچر با ذهن، مدیریت اطلاعات در گوشی‌های هوشمند، رایانه‌های بدون دست و غیره. اگر این نوآوری‌ها فراگیر شوند، سطح زندگی افرادی که در حال حاضر توانایی حرکتی محدودی دارند، بهبود می‌یابد. مغز بلافاصله دستورات را به دستگاه ها منتقل می کند و بدن را دور می زند، که به فرد معلول کمک می کند تا بهتر با محیط سازگار شود. اما متخصصان هنگام استفاده از پروتزهای عصبی با مشکلاتی مواجه می شوند که تا به امروز نمی توانند راه حلی برای آنها بیابند.
مزایا و معایب رابط مغز و رایانه
علیرغم این واقعیت که استفاده از رابط NC مزایای زیادی دارد، استفاده از آن معایبی نیز دارد. یک مزیت در توسعه NCI در پزشکی این واقعیت است که مغز انسان (به ویژه قشر آن) به خوبی با تغییرات سازگار می شود، به همین دلیل امکانات رابط NCI تقریباً نامحدود است. سوال فقط پشت توسعه و کشف فناوری های جدید است. اما در اینجا مشکلاتی وجود دارد.
ناسازگاری بافت های بدن با دستگاه ها
اول، اگر وارد شویدایمپلنت ها به صورت تهاجمی (در داخل بافت ها)، دستیابی به سازگاری کامل آنها با بافت های بیمار بسیار دشوار است. آن مواد و الیافی که باید به طور کامل در بافت ارگانیک کاشته شوند، فقط در حال ایجاد هستند.
تکنیک ناقص در مقایسه با مغز
ثانیاً، الکترودها هنوز بسیار ساده‌تر از نورون‌های مغز هستند. آنها هنوز قادر به انتقال و دریافت تمام اطلاعاتی که سلول های عصبی مغز می توانند به راحتی از عهده آن برآیند، نیستند. بنابراین حرکت اندام یک فرد سالم بسیار سریعتر و دقیقتر از حرکت پروتزهای عصبی است و گوش سالم صداها را واضحتر و صحیحتر از گوش دارای کاشت حلزون درک می کند. اگر مغز ما بداند چه اطلاعاتی را فیلتر کند و چه اطلاعاتی را به عنوان اطلاعات اصلی در نظر بگیرد، در دستگاه‌های دارای هوش مصنوعی این کار توسط الگوریتم‌های نوشته شده توسط انسان انجام می‌شود. تا زمانی که بتوانند الگوریتم های پیچیده مغز انسان را تکرار کنند.
متغیرهای زیادی برای کنترل
برخی از مؤسسات علمی در حال برنامه ریزی برای ایجاد یک پروتز عصبی جداگانه برای پا یا بازو نیستند، بلکه یک اسکلت بیرونی کامل برای افراد مبتلا به فلج مغزی هستند. با این شکل از پروتز، اسکلت بیرونی باید نه تنها از مغز، بلکه از نخاع نیز اطلاعات دریافت کند. با چنین وسیله ای که به تمام انتهای عصبی مهم بدن متصل است، می توان یک فرد را یک سایبورگ واقعی نامید. پوشیدن اسکلت بیرونی به فرد کاملاً فلج اجازه می دهد تا توانایی حرکت را دوباره به دست آورد. اما مشکل این است که اجرای جنبش تمام آن چیزی نیست که از NCI خواسته شده است. اسکلت خارجیهمچنین باید تعادل، هماهنگی حرکات، جهت گیری در فضا را در نظر گرفت. در حالی که کار اجرای همزمان همه این دستورات دشوار است.
ترس مردم از جدید
روش غیر تهاجمی کاشت ایمپلنت در شرایط آزمایشگاهی موثر است، اما در زندگی معمولی بعید است این روش انتظارات از آن را برآورده کند. تماس با چنین اتصال ضعیف است، عمدتا برای خواندن سیگنال ها استفاده می شود. بنابراین، در پزشکی و در پروتزهای عصبی، به عنوان یک قاعده، از روش جراحی وارد کردن الکترود به بدن استفاده می کنند. اما تعداد کمی از مردم حاضر به ترکیب بدن و تکنیک ناشناخته خود خواهند شد. با شنیدن در مورد نابودگرها و سایبورگ ها از فیلم های هالیوود، مردم از پیشرفت و نوآوری می ترسند، به خصوص وقتی که مستقیماً به یک شخص مربوط می شود.
