ظهور رابط‌های مغز و رایانه: از کارآزمایی‌های بالینی تا کاربرد در دنیای واقعی

رابط‌های مغز و رایانه (BCIs) در حال گذار از کنجکاوی‌های آکادمیک و آزمایشی به ابزارهای پزشکی تغییردهنده زندگی برای افراد دچار فلج هستند. با شتاب گرفتن کارآزمایی‌های بالینی در سطح جهان، پیشرفت‌های جدید در رمزگشایی گفتار و پردازش سیگنال‌های عصبی، استقلال بی‌سابقه‌ای را برای کاربران فراهم می‌کند.

فراتر رفتن از ارتباطات «اشاره و کلیک»

برای نزدیک به دو دهه، تحقیقات BCI — که نمونه بارز آن پروژه طولانی‌مدت BrainGate است — عمدتاً بر قابلیت «اشاره و کلیک» متمرکز بود. این قابلیت به کاربران اجازه می‌داد تا با استفاده از فعالیت‌های عصبی، یک نشانگر دیجیتال را کنترل کنند؛ شکلی حیاتی اما محدود از تعامل. با این حال، این حوزه در حال حاضر در حال تجربه یک چرخش بزرگ به سمت رمزگشایی پیچیده گفتار است.

یک نمونه بارز، کیسی هرل (Casey Harrell)، بیمار مبتلا به ALS و یک «کاربر حرفه‌ای» تحت حمایت دانشگاه کالیفرنیا، دیویس است. هرل با استفاده از دستگاهی که در ژوئیه ۲۰۲۳ کاشته شده است، اکنون می‌تواند با تبدیل سیگنال‌های مغزی خود به واج‌ها (phonemes) توسط نرم‌افزار، «صحبت کند». این فناوری چنان پیشرفته شده است که از شبیه‌سازی صدا (voice cloning) برای بازسازی صدای اصلی او استفاده می‌کند و به او اجازه می‌دهد با خانواده خود ارتباط برقرار کرده و فعالیت حرفه‌ای خود را به عنوان فعال حوزه اقلیم حفظ کند. تیم دانشگاه کالیفرنیا، دیویس حتی ویژگی‌های نرم‌افزاری سطح بالایی مانند حالت‌های حریم خصوصی و فیلترهای کلمات نامناسب را برای بهبود تجربه کاربری پیاده‌سازی کرده است.

چشم‌انداز رو به رشد بازیگران تجاری و دانشگاهی

بخش BCI شاهد انفجاری در تعداد شرکت‌کنندگان و سرمایه‌گذاری‌های شرکتی است. در حالی که یک مطالعه در سال ۲۰۲۴ تنها ۶۷ داوطلب را در ۲۱ گروه تحقیقاتی از سال ۱۹۹۸ شناسایی کرده بود، محققان اکنون تخمین می‌زنند که تعداد افرادی که الکترودهای مغزی در آن‌ها کاشته شده، به حدود ۱۵۰ نفر رسیده است.

چندین بازیگر کلیدی این شتاب را هدایت می‌کنند:

• Neuralink: این شرکت که توسط ایلان ماسک تأسیس شده، گزارش داده است که در دو سال گذشته برای ۲۱ نفر دستگاه کاشته است.
• Synchron: در حال حاضر در حال انجام کارآزمایی‌های فعال در سراسر آمریکای شمالی و استرالیا است.
• Neuracle: یک شرکت مستقر در شانگهای که از نوامبر ۲۰۲۴ در حال آزمایش دستگاه‌ها بوده و اخیراً مجوز استفاده در خارج از کارآزمایی‌های بالینی را دریافت کرده است.
• Precision Neuroscience: در حال توسعه یک BCI است که روی سطح مغز قرار می‌گیرد و نسبت به مدل‌های کاملاً کاشته‌شده، رویکرد جراحی متفاوتی را ارائه می‌دهد.
• چین: اخیراً به اولین کشوری تبدیل شد که یک BCI را برای استفاده پزشکی عمومی تأیید کرد.

موازنه فنی: تهاجمی بودن در مقابل کیفیت سیگنال

معماری یک BCI کاربرد آن را تعیین می‌کند. دستگاه‌های بسیار تهاجمی شامل الکترودهایی هستند که مستقیماً در بافت مغز قرار می‌گیرند تا سیگنال‌هایی با دقت بالا را از نورون‌های خاص دریافت کنند. اگرچه این روش بهترین داده‌ها را برای وظایف پیچیده‌ای مانند رمزگشایی گفتار فراهم می‌کند، اما خطرات جراحی بالاتری به همراه دارد.

در مقابل، روش‌های کم‌تهاجمی‌تر — مانند قرار دادن الکترودها روی سطح مغز یا استفاده از کلاه‌های الکترودی خارجی — پروفایل‌های ایمن‌تری را ارائه می‌دهند، اما ممکن است با مشکل وضوح سیگنال مواجه شوند. تحقیقات کنونی همچنین در حال بررسی تفاوت بین سیستم‌های سیم‌دار، که به درگاه‌های اتصال روی جمجمه نیاز دارند، و دستگاه‌های بی‌سیم کاملاً کاشته‌شده هستند که وعده تحرک بیشتر و سهولت در استفاده را می‌دهند.

چالش‌های پیش رو

با وجود پیشرفت‌های سریع، موانع قابل توجهی همچنان باقی است. طول عمر این ایمپلنت‌ها یک پرسش بی‌پاسخ است؛ در برخی موارد ALS، دستگاه‌هایی که در ابتدا امکان ارتباط را فراهم می‌کردند، به طور غیرمنتظره‌ای از کار افتاده‌اند. درک علت وقوع این شکست‌ها و تعیین چگونگی افزایش طول عمر دستگاه، مرز بزرگ بعدی برای محققان و مهندسان BCI است.

نکات کلیدی

• تغییر در عملکرد: فناوری BCI از کنترل ساده نشانگر به سمت رمزگشایی پیچیده و بلادرنگ گفتار و شبیه‌سازی صدا در حال حرکت است.
• مقیاس‌پذیری سریع: تعداد شرکت‌کنندگان در آزمایش‌های BCI از اوایل سال ۲۰۲۴ تاکنون، تحت تأثیر شرکت‌هایی مانند Neuralink، Synchron و Neuracle، بیش از دو برابر شده است.
• واگرایی فنی: این صنعت در حال ایجاد تعادل میان موازنه بین ایمپلنت‌های تهاجمی با سیگنال بالا و الکترودهای سطحی یا پوشیدنیِ ایمن‌تر و کم‌تهاجمی‌تر است.