رباتیک و رابط های مغز-رایانه به سرعت در حال پیشرفت هستند. پروتزهای عصبی کنترل شونده با مغز با قابلیت بازخورد حسی به واقعیت تبدیل شده‌اند. پروتزهای عصبی مصنوعی توسط امواج مغزی کنترل می‌شوند. مجموعه‌ای از حسگرها مسئولیت خواندن امواج مغزی را بر عهده دارند. امروزه با پیشرفت رابط‌های مغز و رایانه جدید، پروتزهای عصبی امکان ارتباط دوطرفه را با مغز دارند. همان‌طور که امواج مغزی خوانده شده توسط حسگرها به اندام مصنوعی ارسال می‌شود، اندام مصنوعی رباتیک نیز سیگنال‌هایی را به عنوان بازخورد حسی به مغز بازمی‌گردانند. پروتزهای عصبی مصنوعی با قابلیت ارتباط دو طرفه، نویدبخش اندام مصنوعی مشابه اندام طبیعی بدن برای افراد قطع عضو و بازیابی حرکتی افراد فلج کامل هستند. در سال ۲۰۱۹، ما شاهد اندام مصنوعی خواهیم بود که با کمک رابط های مغز و رایانه مشابه اندام طبیعی بدن عمل می‌کنند. برای آشنایی با جدیدترین پروژه‌های پروتزهای عصبی و رابط‌های مغز و رایانه با مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

کاربرد پروتز عصبی برای افراد آسیب نخاعی

موسسه Brain Mind دانشکده علوم زیستی دانشگاه پلی‌تکنیک فدرال لوزان EPFL یکی از موسسه‌های پیشرو در پژوهش‌های پروتزهای عصبی و رابط‌های مغز و رایانه به شمار می‌آید. موسسه BMI به سرپرستی پروفسور گرگور کورتین (Gregoire Courtine) به اجرای پروژ‌های پروتز عصبی می‌پردازد. پروتز های عصبی نقش به سزایی در زندگی افراد قطع عضو و فلج کامل ایفا می‌کنند.

در سال ۲۰۱۴، دانشگاه EPFL اعلام کرد که با کمک الکترودهای کاشتنی می‌تواند پاهای موش‌های فلج که دچار آسیب نخاعی شدید شده‌اند را کنترل کند. الکترودها در نخاع کاشته شدند و سیگنال‌های الکتریکی را از طریق سیستم عصبی موش‌ها ارسال می‌کردند. پس از آزمایش‎های بسیار، موش‌ها با کمک الکترودهای کاشتنی دوباره راه رفتند. در این پروژه، سیگنال‌های الکتریکی توسط پژوهشگران کنترل می‌شد.

در سال ۲۰۱۶، EPFL با همکاری دانشگاه براون آمریکا و شرکت تجهیزات پزشکی مدترونیک (Medtronic) و موسسه فرانهوفر آلمان پروژه‌‌ای را آغاز کرد. پژوهشگران توانایی راه رفتن یک میمون فلج را با کمک امواج مغزی آن بازگرداندند. آن‌ها در ابتدا، الگوی امواج مغزی میمون‌های سالم هنگام راه رفتن را به دست آوردند. سپس، یک حسگر عصبی بی‎سیم در مغز و تعدادی الکترود در نخاع کمر میمون فلج کاشتند. تراشه‌ی حسگر مغز سیگنال‌های مربوط به راه رفتن را می‌خواند و به رایانه ارسال می‌کند. سپس رایانه الکترودهای نخاعی را تحریک کرد تا میمون راه برود.

امروزه فناوری رابط مغز و رایانه برای انسان‌ها نیز به کار گرفته می‌شود. همه این پیشرفت‌ها صنعت پروتز مصنوعی و اندام مصنوعی را متحول کرده است. BrainGate2 یکی از پروژه‌های جدید دانشگاه کیس وسترن رزرو آمریکا است. پژوهشگران این پروژه تلاش می‌کنند که افراد کوادری‌پلژی بتوانند با فکرکردن، اندام خود را تحت کنترل خود درآورند. ایمپلنت حسگر در مغز فرد کوادری‌پلژی کاشته می‌شود. الکترودها نیز در دست و بازوی فرد کاشته می‌شوند. داوطلب دچار کوادری‌پلژی از طریق فناوری واقعیت مجازی، نزدیک به ۴ ماه آموزش دید تا بتواند از طریق ایمپلنت مغزی و الکتروهای موجود، دست و بازوی خود را کنترل کند. این داوطلب پس از ۲ سال توانبخشی توانست به آرامی با دست خود غذا بخورد.

کاربرد پروتز عصبی برای افراد قطع عضو

پژوهش‌های پروتز عصبی دانشگاه EPFL برای افراد قطع عضو بسیار امیدوارکننده است. آن‌ها پروتز دست و بازویی طراحی کرده‌اند که حس لامسه را به افرادی که دست خود را از دست داده‌اند باز می‌گرداند. الکترودها در عصب اندام باقی‌مانده دست فرد قطع عضو کاشته می‌شود و سیگنال‌ها از طریق الکترودها ارسال می‌شوند. با این فناوری جدید، افرادی که دست و یا بازوی خود را از دست داده‌اند با استفاده از پروتزهای مصنوعی عصبی، نرمی و سختی، جنس، اندازه‌، شکل و فشار موردنیاز برای گرفتن اشیا را درک می‌کنند. به کارگیری اندام مصنوعی عصبی به همراه فناوری واقعیت مجازی، در توانبخشی افراد قطع عضو در درک اشیایی که در دست می‌گیرند بسیار موثر است.

به تازگی پژوهشگران دانشگاه EPFL توانستند مدت زمان موردنیاز برای آموزش رابط‌های مغز و رایانه را کاهش دهند. پیش از این ساعت‌ها و حتی روزها طول می‌کشید تا کاربر بیاموزد چگونه با کمک رابط مغز و رایانه، اندام مصنوعی خود را کنترل کند. هم‌اکنون زمان لازم برای آموزش به ۳۰ دقیقه کاهش یافته است.

پروژه‌ی پروتز با قابلیت کنترل عصبی و بازخورد حسی DeTOP از سوی کمیسیون اتحادیه اروپا سرمایه‌گذاری شده است. این پروژه‌ی تحقیقاتی بر توسعه‌ی پروتزهای عصبی کار می‌کند. در این پروژه، نخستین پروتز برای افراد قطع عضوی که دست خود را تا پایین آرنج از دست داده‌اند توسعه داده‌شد. این پروتز برای انجام کارهای روزمره و استقلال بیشتر افراد قطع عضو گام مهمی به شمار می‌آید. پروفسور اورتیز کاتالان (Ortiz-Catalan) از دانشگاه چالمرز سوئد و سرپرست آزمایشگاه مکاترونیک و توانبخشی عصبی درباره پروتز DeTOP می‌گوید، این پروتز شامل رابط‌های کاشتنی در ماهیچه است که کنترل پروتز مصنوعی را امکان‌پذیر می‌کند. همچنین با قابلیت بازخورد حسی، کاربر شکل و حجم اشیا را درک می‌کند.

شرکت SensArs ماموریت خود را بهبود زندگی افراد قطع عضو و افرادی که دچار فلج شده‌اند می‌داند. کاهش درد فانتوم و بازیابی عملکرد حسی-حرکتی از اهداف شرکت SensArs به شمار می‌آید. آن‌ها بر یک پروتز عصبی با نام SENSY کار می‌کنند که در عصب بخش باقی مانده اندام قطع عضو فرد کاشته می‌شود.

بیشتر بخوانیم:

فناوری پروتز عصبی (Neuroprosthetic) ، آینده اندام مصنوعی

نتایج مهم رابط های مغز و ماشین

دستیابی به رابط های غیرتهاجمی مغز و رایانه برای کنترل اندام رباتیک

منبع: amputee-coalition

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»