واسط مغز-کامپیوتر (BCI) چطور کار می‌کند؟

فرض کنید می‌توانستید بدون نیاز به کیبورد یا موس، فقط با قدرت فکر کردن، با کامپیوتر کار کنید یا حتی اشیاء را با ذهنتان کنترل کنید، این‌ها دقیقا همان‌هایی هستند که رابط‌های مغز و کامپیوتر (BCI) وعده می‌دهند، اما در واقع واسط مغز-کامپیوتر (BCI) چطور کار می‌کند؟ BCI ‌مانند مترجم ماهری عمل می‌کند و سیگنال‌های پیچیده مغزی را به دستورات قابل فهم برای کامپیوتر تبدیل می‌کند.

 این فرایند با دریافت سیگنال‌های مغزی از طریق روش‌های مختلف مانند الکتروانسفالوگرافی (EEG) یا نوار مغزی (MEG) آغاز می‌شود.

 سپس این سیگنال‌ها توسط الگوریتم‌های پیچیده تجزیه و تحلیل و رمزگشایی می‌شوند تا افکار کاربر را استخراج کنند. در نهایت، دستورات استخراج شده به دستگاه‌های خارجی ارسال شده و اقدام مورد نظر کاربر را به انجام می‌رسانند.

در این مطلب از مجله تخصصی مغز و اعصاب برین مگ، به بررسی عمیق این که واسط مغز-کامپیوتر (BCI) چطور کار می‌کند؟ می‌پردازیم، پس تا انتهای مطلب با ما همراه باشید.

واسط مغز-کامپیوتر (BCI) چیست؟

واسط مغز و کامپیوتر (BCI) پل ارتباطی میان ذهن و دنیای دیجیتال است. این فناوری شگفت‌انگیز، سیگنال‌های مغزی را به دستورات قابل فهم برای کامپیوتر تبدیل می‌کند و امکان کنترل یا تعامل با دستگاه‌ها را بدون نیاز به هیچ حرکت فیزیکی فراهم می‌آورد.

به عبارت ساده‌تر، BCI مانند یک مترجم عمل می‌کند و افکار شما را به زبانی که کامپیوتر می‌تواند درک کند، ترجمه می‌کند.

واسط مغز-کامپیوتر (BCI) چطور کار می‌کند؟

واسط مغز-کامپیوتر (BCI) یک فناوری است که امکان ارتباط مستقیم بین مغز انسان و کامپیوتر را فراهم می‌کند. این فناوری از سیستم‌های الکتروفیزیولوژیکی برای تفسیر فعالیت‌های الکتریکی مغز استفاده می‌کند اما واسط مغز-کامپیوتر (BCI) چطور کار می‌کند؟

در اصل، مغز انسان امواج الکتریکی تولید می‌کند که می‌توانند اطلاعات مفیدی درباره فعالیت‌های ذهنی ارسال کنند. این امواج می‌توانند توسط الکترودهایی که روی سر قرار می‌گیرند، ضبط شوند و سپس توسط الگوریتم‌های مختلف تحلیل شوند.

BCI می‌تواند به صورت غیر تهاجمی یا تهاجمی عمل کند. در حالت غیر تهاجمی، الکترودها بر روی سر قرار می‌گیرند و بدون نیاز به هر گونه جراحی مستقیماً اطلاعات از مغز انسان ضبط می‌شوند.

اما در حالت تهاجمی، الکترودها به صورت مستقیم درون مغز قرار می‌گیرند، که این نیاز به جراحی وارد می‌کند. با استفاده از این اطلاعات، کاربران می‌توانند کنترل را به کامپیوتر منتقل کرده و وظایف مختلفی از جمله حرکت موشک، تایپ کردن، یا حتی تعامل با محیط مجازی را انجام دهند.

BCIها با استفاده از روش‌هایی مانند الکتروانسفالوگرام (EEG) این سیگنال‌ها را از پوست سر یا مستقیماً از مغز ضبط می‌کنند. EEG رایج‌ترین روش است و شامل قرار دادن الکترودهایی روی سر برای اندازه‌گیری فعالیت الکتریکی مغز است.

سپس این سیگنال‌ها به نرم‌افزار BCI منتقل می‌شوند که در آن از الگوریتم‌های یادگیری ماشینی (ML) برای رمزگشایی افکار و نیات کاربر استفاده می‌شود.

این الگوریتم‌ها با مجموعه داده‌های عظیم سیگنال‌های EEG که با اقدامات یا احساسات خاص مرتبط هستند، آموزش دیده‌اند. با تجزیه و تحلیل الگوهای فعالیت مغز، BCI می‌تواند دستورات مربوط به حرکت مکان‌نما، کلیک کردن، تایپ یا حتی کنترل دستگاه‌های خارجی مانند پروتزها را تشخیص دهد.

یکی از مزایای اصلی BCIها، ماهیت غیرتهاجمی آنهاست. برخلاف روش‌های قبلی که نیاز به جراحی برای کاشت ایمپلنت در مغز داشتند، BCIهای EEG با استفاده از الکترودهای روی سر کار می‌کنند و به این ترتیب خطرات و پیچیدگی‌های کمتری را به همراه دارند.

این فناوری نوظهور کاربردهای بالقوه فراوانی دارد، به ویژه برای افرادی که از اختلالات حرکتی یا فلج رنج می‌برند. BCIها می‌توانند به آنها استقلال و کیفیت زندگی را با بازگرداندن توانایی برقراری ارتباط، حرکت و تعامل با دنیای اطرافشان اعطا کنند.

واسط مغز-کامپیوتر (BCI) چطور کار می‌کند؟ و مغز چگونه سیگنال های الکتریکی تولید می کند؟

مغز انسان از یک بافت پیچیده و ناپایدار تشکیل شده است، اما با وجود این، چگونه می‌تواند به تولید سیگنال‌های الکتریکی بپردازد؟ این عمل از طریق واکنش‌های شیمیایی معجزه آسا انجام می‌شود که هنگام پدید آوری افکار و اندیشه‌ها رخ می‌دهد. یون‌ها در دور و اطراف نورون‌های مغز در یک حالت تعادل حساس قرار دارند و اما زمانی که افکار جاری می‌شوند، تعادل به هم می‌ریزد و جریان یون‌ها به سمت بازسازی آن، به صورت سیگنال‌های الکتریکی، ظاهر می‌شود.

 

واسط مغز-کامپیوتر (BCI) چطور کار می‌کند؟

چرا رابط مغز و کامپیوتر مفید است؟

محققان همچنین در مورد چشم انداز استفاده از فناوری BCI برای بهبود زندگی افرادی که استفاده از اندام خود را از دست داده‌اند هیجان زده هستند. فیزیکدان مشهور فقید استیون هاوکینگ توانست ایده‌های درخشان خود را با استفاده از دستگاهی که حرکت گونه‌های او را تشخیص می‌داد و گفتار او را سنتز می‌کرد، به اشتراک بگذارد. یک BCI مستقیماً به مغز او ضربه می‌زد و نه تنها توانایی صحبت کردن، بلکه کنترل دستگاه‌های مصنوعی و رایانه را نیز به او می‌داد.

شاید یکی از مورد انتظارترین پیشرفت‌ها استفاده از رابط‌های مغز و کامپیوتر برای کنترل بازی‌های ویدئویی باشد. فناوری BCI وعده داده است که گیم پلی ویدئویی واقعیت مجازی (VR) را برای بازیکنان EEG-wired به سطح کاملاً جدیدی برساند.

استفاده از BCI یک زمینه نوآورانه و ناشناخته است که به تدریج افراد بهتر درک می‌کنند. آنها در حال کشف راه‌های جدیدی برای بهره‌برداری از این فناوری هستند. یکی از جذاب‌ترین ایده‌ها استفاده از آن در کنترل دستگاه‌ها از راه دور است که تا به امروز پیشرفت‌های قابل توجهی در این زمینه صورت گرفته است.

علاوه بر این، BCI به ما کمک می‌کند تا عملکرد دقیق مغز را درک کنیم و به دنبال درک بهتر شبکه‌های عصبی بیولوژیکی در زمان واقعی هستیم. توسعه BCI می‌تواند تأثیرات بسیاری بر روی هوش مصنوعی و شبکه‌های عصبی مصنوعی داشته باشد.

محققان همچنین به دنبال استفاده از فناوری BCI برای بهبود کیفیت زندگی افرادی هستند که از اندام‌های خود محروم هستند. به عنوان مثال، استیون هاوکینگ با استفاده از یک دستگاه که حرکات او را تشخیص می‌داد و گفتار او را تولید می‌کرد، توانست ایده‌های خود را به اشتراک بگذارد. BCI به او این امکان را می‌داد که نه تنها صحبت کند، بلکه دستگاه‌های مصنوعی و رایانه را نیز کنترل کند.

احتمالاً یکی از پیشرفت‌های جذاب استفاده از رابط‌های مغز و کامپیوتر برای کنترل بازی‌های ویدئویی است. BCI قول داده است که تجربه گیم پلی واقعیت مجازی را برای بازیکنان به سطح جدیدی برساند.

BCIها چقدر دقیق هستند؟

از آنجایی که دقت BCIها بسته به عوامل مختلفی از جمله نوع تکنولوژی استفاده شده، تعداد الکترودها، قابلیت‌های فرد و شرایط محیطی متغیر است، اغلب به چالش کشیده می‌شود.

اما تحقیقات و پژوهش‌های اخیر نشان داده‌اند که با پیشرفت تکنولوژی و الگوریتم‌های پردازش سیگنال، دقت BCIها به طور قابل توجهی افزایش یافته است. این پیشرفت‌ها در افزایش دقت تشخیص و تفسیر سیگنال‌های مغزی، افزایش سرعت ارتباط و کاهش خطاها تأثیرگذار بوده و امیدوارکننده برای آینده بهبود کیفیت زندگی افرادی است که به BCIها وابسته هستند.

واسط مغز و کامپیوتر مبتنی بر الکتروانسفالوگرام (EEG)

تکنولوژی EEG به عنوان یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های BCI شناخته می‌شود. از یک الکتروانسفالوگرام (EEG) برای اندازه گیری فعالیت الکتریکی در مغز استفاده می‌شود و به تشخیص مشکلات احتمالی در ارتباط سلول‌های مغز کمک می‌کند.

این فناوری از زمان کشف آن توسط هانس برگر در سال ۱۹۲۴ تاکنون پیشرفت چشمگیری داشته است. با استفاده از سیستم‌های BCI، افراد می‌توانند با استفاده از EEG واکنش‌های خود را به محرک‌های خارجی نشان دهند.

این تکنولوژی امکان کنترل کامپیوتر یا دستگاه‌های دیگر را تنها با استفاده از افکار فراهم می‌کند و نیازی به استفاده از دستان خود ندارد. از این دستگاه‌های EEG می‌توان برای مانیتور کردن حالات شناختی افراد مانند احساسات، تمرکز و رفتارها استفاده کرد.

واسط مغز-کامپیوتر (BCI) چطور کار می‌کند؟

موانع توسعه رابط های مغز و کامپیوتر چیست؟

برخی از افراد نیز به استفاده از BCI بر اساس دلایل اخلاقی اعتراض دارند. آنها می‌ترسند که اگر مغز انسان بتواند به یک ماشین متصل شود، ممکن است مدت زیادی طول نکشد تا دیگران بتوانند به آن نفوذ کنند و کنترل ذهن شخص دیگری را در دست بگیرند.

افرادی وجود دارند که به دلایل اخلاقی از استفاده از فناوری BCI اعتراض دارند. آنها نگران این هستند که اگر مغز انسان به یک ماشین متصل شود، احتمالاً دیگران قادرند به آن نفوذ کنند و کنترل ذهن فرد را در دست بگیرند. به همین دلیل، برخی از افراد انتقاد دارند و از این فناوری منصرف می‌شوند.

هرچند که استفاده از EEG بدون نیاز به تزریقات و غیر تهاجمی است، اما برای برخی از کاربردهای پیشرفته، نیاز به حسگرهای کاشته شده می‌باشد که بستری برای ارتباط مستقیم با نورون‌ها فراهم کنند. با این حال، فناوری انجام این کار هنوز به طور کامل توسعه نیافته است و بسیاری از مسائل فنی برای رسیدن به این مرحله باید حل شوند.

در نهایت، چشم انداز استفاده از فناوری BCI بسیار گسترده است و احتمالاً ما هنوز پتانسیل کامل آن را درک نکرده‌ایم. اما برای پیشرفت در این حوزه، باید به حل مسائل فنی و اخلاقی آن توجه کرد تا بتوان از این فناوری به بهترین شکل ممکن استفاده کرد.

BCI های تهاجمی در مقابل غیر تهاجمی

رابط‌های مغز و کامپیوتر به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: تهاجمی و غیر تهاجمی.

در BCI های تهاجمی، به طور مستقیم به بافت مغز بیمار وصل می‌شوند و از طریق جراحی انجام می‌شوند. این نوع رابط ها برای بیمارانی که به دنبال بهبودی از شرایط شدید؛ مانند فلج یا اختلالات عصبی عضلانی هستند، مناسب است. اما به دلیل خطرات جراحی، استفاده از آن برای همه بیماران توصیه نمی‌شود.

BCI های غیر تهاجمی، از حسگرهای الکتریکی برای برقراری ارتباط دوطرفه بین مغز بیمار و کامپیوتر استفاده می‌کنند. این نوع رابط‌ها سیگنال‌های ضعیف‌تری تولید می‌کنند و برای اهدافی مانند بازی‌های مجازی، واقعیت افزوده و کنترل ربات‌ها و دیگر تکنولوژی‌ها مناسب‌تر هستند.

واسط مغز-کامپیوتر (BCI) چطور کار می‌کند؟

سخن پایانی

رابط‌های مغز و کامپیوتر (BCIها) در حال حاضر مرزهای بین انسان و ماشین را درهم می‌شکنند و چشم‌اندازی هیجان‌انگیز از آینده را به تصویر می‌کشند. با توانایی ترجمه افکار و نیات ما به دستورات قابل اجرا، BCIها پتانسیل متحول کردن زمینه‌های مختلفی از جمله مراقبت‌های بهداشتی، بازی و حتی نحوه تعامل ما با دنیای دیجیتال را دارند.

درست است که چالش‌هایی در مسیر پیش رو وجود دارد. دقت BCIها باید بهبود یابد، هزینه‌ها باید کاهش یابد و ملاحظات اخلاقی و امنیتی باید به دقت بررسی شوند. با این حال، پیشرفت‌های سریع در این زمینه نشان می‌دهد که BCIها فراتر از یک مفهوم علمی تخیلی هستند و به سرعت به یک واقعیت تبدیل می‌شوند.

در آینده‌ای نه چندان دور، BCIها ممکن است به افراد دارای معلولیت توانایی‌هایی را که از دست داده‌اند بازگردانند، به ما امکان کنترل رایانه‌ها و دستگاه‌ها را با قدرت ذهنمان بدهند و حتی به ما کمک کنند تا به درک عمیق‌تری از مغز خودمان دست پیدا کنیم. BCIها در حال حاضر در حال دگرگونی دنیای ما هستند و این تازه آغاز است.

این فناوری نوظهور پتانسیل ارتقای سطح زندگی ما را به روش‌های بی‌شماری دارد و ما را به سوی آینده‌ای غیر قابل تصور سوق می‌دهد. به عنوان ناظران این تحولات، هیجان‌زده هستیم که ببینیم BCIها در ادامه چه دستاوردهایی خواهند داشت و چگونه به شکل‌دهی دنیای فردا کمک خواهند کرد.