ساخت نخستين بازوي رباتيك با امكان كنترل‌ توسط مغز انسان

گروهي از پژوهشگران دانشگاه كارنگي ملون با همكاري دانشگاه مينه‌سوتا به پيشرفت مهمي در زمينه‌ي ابزار رباتيك با رابط غيرمستقيم (بي‌نياز از جراحي و نصب داخل بدن) دست يافته‌اند. توانايي كنترل ابزار رباتيك با ارتباط غيرمستقيم توسط مغز، موجب متخصصد وسيع آن‌ها مخصوصا در زندگي بيماران معلول و داراي اختلالات حركتي مي‌شود.

تجهيزات BCI‌ با نام كامل Brain computer interface (رابط كامپيوتري مغز) متخصصد خوبي براي كنترل ابزار رباتيك با استفاده از سيگنال‌هاي دريافتي از حسگرهاي كاشته‌شده در مغز داشته است. هنگامي‌‌كه ابزار رباتيك با دقت بالا كنترل شود، مي‌توان از آن‌ براي انجام كارهاي روزانه استفاده كرد. تابه‌حال BCI‌ها از حسگرهاي كاشته‌شده در مغز براي كنترل بازو‌هاي رباتيك استفاده مي‌كردند؛ اما كاشت‌ حسگرها نيازمند مهارت بسيار بالا در پزشكي و جراحي است، همچنين علاوه‌بر هزينه زياد، خطري بالقوه متوجه فرد خواهد بود. ازين‌رو استفاده از آن‌ها محدود به چند مورد معلوليت باليني بوده است.

چالش بزرگي كه پژوهشگران درمورد BCI‌ها با آن مواجه هستند، توسعه فناوري بي‌نياز از جراحي يا حتي كاملا غيرمستقيم است تا بيماران فلج بتوانند از آن براي كنترل محيط اطرافشان استفاده كنند يا عضو‌هاي رباتيكي داشته باشند كه با ذهن خودشان كنترل شود. چنين تجهيزاتي با ارتباط غيرمستقيم با مغز، اگر آزمايش موفقيت‌‌آميزي داشته باشند، براي بيماران و حتي عموم مردم بسيار مفيد خواهند بود.

با‌اين‌حال BCI‌هاي غيركاشتي كه سيگنال‌ها را به كمك تجهيزات خارجي دريافت مي‌كنند، دقت كم‌تري دارند. بنابراين در هنگام كنترل يك بازوي رباتيك توسط مغز، BCI‌ به ابزار كاشته‌شده داخل بدن متوسل نمي‌شود. با اين حال، پژوهشگران BCI مطالعه‌ي خود را روي فناوري‌هاي بي‌نياز از كاشت يا كاملا غيركاشتي براي كمك‌رساني به معلولان متمركز كرده‌اند. بين هي، رئيس و پروفسور دپارتمان مهندسي‌پزشكي دانشگاه كارنگي ملون در‌حال تلاش براي دستيابي به اين هدف است. هي مي‌گويد:

پيشرفت‌هاي بزرگي‌ به‌وسيله‌ي كاشت‌هاي رباتيك وجود‌ داشته، اين يك علم عالي است؛ اما هدف نهايي، غيركاشتي كردن روش مذكور است. پيشرفت در رمزگشايي عصبي و قابليت‌هاي متخصصدي كنترل بازوي رباتيك بدون حسگرهاي كاشته‌شده داخل بدن، اهميت زيادي در توسعه ربات‌هاي عصبي خواهد داشت.

هي و گروهش با استفاده از حسگر‌هاي جديد و تكنيك‌هاي نوظهور فراگيري ماشين‌ها توانسته‌اند به سيگنال‌هاي عميق در مغز و روش كنترل بازو‌هاي رباتيك با دقت بالا دست يابند. به كمك تصويربرداري عصبي غيركاشتي و يك نمونه جديد در حال پيگيري، محققان بر سيگنال‌هاي نوار مغزي (EEG) غلبه كرده و توانسته‌اند رمزگشايي عصبي مبتني‌بر نوار مغزي را بهبود ببخشند. اين فناوري، همچنين كنترل مداوم ابزار رباتيك در محيط دوبعدي را تسهيل مي‌كند.

با استفاده از يك BCI غيركاشتي براي كنترل بازوي روباتيك كه در‌حال دنبال كردن يك مكان‌نما روي صفحه كامپيوتر است، براي اولين‌بار در آزمايش روي يك نمونه‌ي انساني، ثابت شد يك بازوي روباتيك مي‌تواند به‌طور مداوم مكان‌نما را دنبال كند؛ قبلا حركت بازوهاي كنترل‌شونده توسط انسان به‌صورت غير تهاجمي، نامنظم و گسسته حركت مي‌كردند، به‌گونه‌اي كه احساس مي‌شد ربات در حال چنگ انداختن به دستورها مغز است اما در اين نمونه كاملا يك‌نواخت و مداوم حركت مي‌كند.

گروه تحقيقاتي در مقاله‌اي منتشرشده در مجله‌ي علم رباتيك (Science Robotics)، چارچوب جديدي را ايجاد كردند كه موجب بهبود ارتباط مغز و كامپيوتر به‌عنوان اجزاي BCI به وسيله افزايش اشتغال و تمرين متخصص و همچنين رزولوشن فضايي داده‌هاي عصبي غيركاشتي ازطريق تصويربرداري منبع نوار مغزي مي‌شود.

در مقاله‌اي با عنوان «تصويربرداري عصبي غيركاشتي باعث هموارتر شدن پيگيري امواج عصبي به منظور كنترل ابزار رباتيك مي‌شود»، رويكرد منحصربه‌فرد تيم براي حل اين اشكال نه‌تنها باعث افزايش ۶۰ درصدي فراگيري BCI براي تمركز بر وظايف مرسوم شده بلكه دنبال كردن مكان‌نماي كامپيوتر به‌صورت مداوم را حدود ۵۰۰ درصد بهبود بخشيده است.

اين فناوري مي‌تواند با ارائه‌ي كنترل ذهني ايمن و غيركاشتي روي ابزاري كه به تعامل مردم با محيط اطرافشان كمك مي‌كند، به گستره‌ي وسيعي از آن‌ها خدمات دهد. فناوري جديد BCI كه روي ۶۸ نمونه انساني و هر كدام در مدت ۱۰ جلسه آزمايش شده است، به‌روز بوده و شامل كنترل مجازي ابزار و تعقيب هموار و مداوم توسط يك بازوي رباتيك مي‌شود. اين فناوري براي بيماران و معلولان مناسب خواهد بود و در آينده نزديك آزمايش‌ها باليني از آن به عمل مي‌آيد.

هي مي‌گويد:

برخلاف چالش‌هاي تكنيكي در استفاده از سيگنال‌هاي غيركاشتي، ما كاملا متعهد شده‌ايم كه يك فناوري ارزان و ايمن را براي كساني‌كه نيازمند آن هستند به ارمغان آوريم. اين كار يك قدم مهم در اتصال غيرمستقيم كامپيوتر به مغز است؛ اختراعي كه ممكن است روزي به يك فناوري همه‌گير براي كمك به همه، مثل موبايل‌هاي هوشمند تبديل شود.

حمايت اين پروژه را مركز ملي تكميل‌كننده و يكپارچه‌سازي سلامت، مؤسسه‌ي ملي آسيب‌ها و اختلالات عصبي، مؤسسه‌ي ملي تصويربرداري زيست‌پزشكي و مهندسي پزشكي و مؤسسه‌ي ملي سلامت روان امريكا برعهده داشته است.