رابط‌های مغز و رایانه می‌توانند با کنترل اسکلت‌های بیرونی، تحرک را به افراد فلج بازگردانند. با این حال، سیگنال‌های کنترلی پیچیده‌تر را نمی‌توان از سطح سر و جمجمه خواند زیرا حسگرهای معمولی به اندازه کافی حساس نیستند. در پروژه NeuroQ که به تازگی راه‌اندازی شده است، دانشمندان حسگرهای کوانتومی مبتنی بر الماس و بسیار حساس توسعه می‌دهند که افراد فلج را قادر می‌سازد اسکلت‌های بیرونی عصبی را دقیق‌تر کنترل کنند. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

برای افرادی که نمی‌توانند دست‌ها یا پاهای خود را به دلیل آسیب نخاعی، سکته مغزی یا سایر بیماری‌ها حرکت دهند، رابط‌های مغز و رایانه (BCI) امید تازه‌ای ایجاد کرد. بیماران با فعالیت مغزی خود این دستگاه‌ها را کنترل می‌کنند. برای نمونه یک اسکلت بیرونی را می‌توان تنها با تصور یک حرکت اداره کرد. بنابراین، BCIها به افراد فلج این شانس را می‌دهند تا کنترل برخی از حرکات خود را دوباره به دست آورند.

BCI که فعالیت مغز را از سطح سر اندازه می‌گیرد، این مزیت را دارد که بیماران را از جراحی مغزی پیچیده و مخاطره آمیز دور کند. دکتر Surjo Soekadar، پروفسور فناوری عصبی بالینی در  دانشگاه شاریته برلین، گزارش می‌دهد: «ما پیش از این یک سامانه غیرتهاجمی BCI ایجاد کردیم که افراد مبتلا به پاراپلژی را قادر می‌سازد تا اشیای روزمره را با تغییرات دلخواه در امواج مغزی خود در دست بگیرند. با این حال، برخلاف پیشرفت‌های قابل توجه، هنوز کنترل حرکات پیچیده دست با چنین سامانه غیرتهاجمی امکان‌پذیر نیست. بنابراین، اگرچه قصد حرکت را می‌توان تشخیص داد، نمی‌توان به طور دقیق تعیین کرد کدام حرکت باید اجرا شود. برای رسیدن به این هدف، حساسیت حسگرها باید به میزان قابل توجهی افزایش یابد».

حسگرهای کوانتومی امواج مغزی را اندازه می‌گیرند

اکنون 9 شریک از پژوهشکده‌ها و صنعت این وظیفه را بر عهده گرفته‌اند و پروژه NeuroQ را راه‌اندازی کردند. در این پروژه که توسط وزارت فدرال آموزش و پژوهش آلمان (BMBF) تأمین مالی می‌شود، شرکا حسگرهای کوانتومی را توسعه می‌دهند که بسیار حساس هستند و می‌توانند کوچکترین میدان‌های مغناطیسی تولید شده توسط امواج مغزی را اندازه بگیرند. این مغناطیس‌سنج‌های کوانتومی در یک سامانه BCI ادغام می‌شوند و افراد فلج را قادر می‌سازند تا اسکلت بیرونی دست را بسیار دقیق‌تر از آنچه در حال حاضر وجود دارد، کنترل کنند.

میدان‌های مغناطیسی سیگنال‌های بهتری ارائه می‌دهند

درBCI های غیرتهاجمی، اندازه‌گیری فعالیت عصبی تاکنون از طریق میدان‌های الکتریکی انجام می‌شد. با این حال، اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی مزایای قابل‌توجهی را ارائه می‌کند: «میدان‌های مغناطیسی بدون اعوجاج به پوست و جمجمه نفوذ می‌کنند. بنابراین سیگنال‌های بسیار تمیزتری نسبت به میدان‌های الکتریکی ارائه می‌دهند، زیرا سیگنال‌های الکتریکی در مسیر منبع تا حسگر به شدت ضعیف می‌شوند. از این رو، مگنتوآنسفالوگرافی (MEG) مزایای قابل توجهی نسبت به الکتروانسفالوگرافی (EEG) دارد، اما به ندرت به دلیل موانع فنی استفاده می‌شود».

موانع فنیMEG ها مربوط به فناوری‌های حسگر مورد استفاده است. حسگرهای SQUID بسیار دقیق هستند، اما نیاز به خنک کننده دارند که استفاده از آنها را بسیار گران و پیچیده می‌کند. مغناطیس‌سنج‌های پمپ‌ نوری (OPM) مبتنی بر سلول‌های بخار حتی از حساسیت SQUID‌ها نیز فراتر می‌روند. اما تنها در یک محیط با میدان صفر کار می‌کنند. این بدان معناست که هر میدان مغناطیسی پس‌زمینه (از جمله میدان مغناطیسی زمین) باید برای عملکرد آنها به طور کامل صفر شود.

تاکنون هیچ مغناطیس‌سنجی کشف نشده است که در شرایط محیطی – یعنی در محیط‌های بدون محافظ – به حساسیتی دست یابد که برای تشخیص میدان‌های عصبی مغناطیسی مناسب باشد.

حسگرهای مبتنی بر الماس

ویژگی برجسته مغناطیس‌سنج‌های کوانتومی توسعه‌یافته در پروژه NeuroQ، ماده اولیه آنها است. آنها بر اساس نیتروژن تهی مرکزی در الماس هستند. بنابراین دارای خواص منحصر به فردی هستند. مغناطیس سنج‌های کوانتومی الماسی تنها مغناطیس سنج‌های بسیار حساسی هستند که در دمای اتاق یا بدن کار می‌کنند. آنها همچنین می‌توانند در حضور یک میدان مغناطیسی پس زمینه عمل کنند و تعیین جهت دقیق یک میدان مغناطیسی (یعنی هر سه جزء بردار) را ممکن سازند. زیست سازگار هستند و می‌توان آنها را به منبع سیگنال نزدیک کرد که به نوبه خود منجر به سیگنال‌های قوی‌تر می‌شود.

همه این‌ها منجر به این واقعیت می‌شود که مغناطیس سنج‌های کوانتومی الماسی می‌تواند در درمانگاه‌ها، اقدامات پزشکی، محیط‌های توانبخشی و همچنین در خانه و در زندگی روزمره استفاده شود تا کیفیت زندگی افراد فلج را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

>> رابط مغز و رایانه (BCI) چیست؟

>> پروتز عصبی از فعالیت مغز برای رمزگشایی گفتار استفاده میکند

منبع: uni-stuttgart.de

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