پژوهش‌های جدید ناحیه‌ای از مغز را شناسایی کردند که در آن می‌توان هم چنگ زدن‌های دستی و هم کلمات گفتاری را رمزگشایی کرد. این ناحیه منطقه‌ای مناسب و امیدوارکننده برای قرار گرفتن ایمپلنت‌های مغزی و کارآمدتر کردن پروتزهای عصبی و رابط‌های مغز و ماشین است. با مجله فناوریهای توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.
هر ساله زندگی صدها هزار نفر به دلیل از دست دادن توانایی حرکت یا صحبت کردن در نتیجه آسیب ستون فقرات، سکته مغزی یا بیماری‌های عصبی به شدت مختل می‌شود. در Caltech، دانشمندان علوم اعصاب در آزمایشگاه ریچارد اندرسن در حال مطالعه هستند تا متوجه شوند مغز چگونه حرکات و گفتار را رمزگذاری میکند و از این طریق عملکردهای گفتاری و حرکات را بازیابی و به افرادی که آنها را از دست داده‌اند کمک کنند.
رابط‌های مغز و ماشین
رابط‌های مغز و ماشین (BMI) دستگاه‌هایی هستند که سیگنال‌های مغزی را ضبط و آنها را برای صدور فرمان‌هایی تفسیر می‌کنند تا دستگاه‌های کمکی، مانند رایانه‌ها یا اعضای رباتیک را کنترل کنند. بنابراین، یک فرد می‌تواند چنین ماشینی را تنها با افکار خود کنترل کند. برای نمونه، در سال ۲۰۱۵، گروه اندرسن و همکارانش با یک شرکت‌کننده تتراپلژیک کار کردند و الکترودها را در بخشی از مغز او قرار دادند که قصد حرکت را ایجاد میکند. این رابط مغز و ماشین شرکت‌کننده را قادر ساخت تا تنها با فکر کردن در مورد حرکات، یک اندام رباتیک را برای گرفتن فنجان هدایت کند.
اکنون، پژوهش‌های جدید از آزمایشگاه اندرسن، ناحیه‌ای از مغز به نام شکنج فوق حاشیه‌ای (سوپرا مارژینال یا SMG) را شناسایی کرده است که هم حرکات و هم گفتار را رمزگذاری میکند. این ناحیه یک منطقه مناسب برای کاشت الکترودها و کارآمدتر کردن رابط‌های مغز و ماشین است که می‌تواند چندین نوع پروتز را در هر دو حوزه حرکت و گفتار کنترل کند.
این پژوهش در مقاله‌ای در مجله Neuron در ۳۱ مارس منتشر شد. سارا واندلت، دانشجوی کارشناسی ارشد در محاسبات و سیستم‌های عصبی در Caltech، نخستین نویسنده این مطالعه است.
مکان دقیق قرارگیری الکترودها
مکان دقیق در مغز که الکترودها روی آن قرار می‌گیرند بر عملکرد رابط مغز و ماشین و آنچه دستگاه می‌تواند از سیگنال‌های مغزی تفسیر کند تأثیر می‌گذارد. پژوهشگران در مطالعه پیشین در سال ۲۰۱۵، کشف کردند رابط‌های مغز و ماشین می‌توانند اهداف حرکتی را حین برنامه‌ریزی حرکتی رمزگشایی کنند؛ اگر سیگنال‌ها را از قشر جداری خلفی (PPC) بخوانند. بنابراین، کاشت الکترود در این ناحیه می‌تواند منجر به کنترل مجموعه بسیار بزرگ‌تری از حرکات نسبت به نواحی حرکتی تخصصی‌تر مغز شود.
به دلیل توانایی رمزگشایی قصد فرد و تبدیل آن به حرکت، یک ایمپلنت در قشر جداری خلفی تنها به این نیاز دارد که بیمار در مورد تمایل به گرفتن یک شی فکر کند نه اینکه هر کدام از حرکات دقیق دخیل در گرفتن را متصور شود که شامل باز کردن دست، باز کردن هر یک از انگشتان، قرار دادن دست در اطراف یک شی، بستن هر انگشت و غیره.
واندلت می‌گوید: «وقتی دستتان را برای گرفتن یک فنجان آب دراز می‌کنید، آگاهانه به حرکات دقیق مربوط به چنگ زدن فکر نمی‌کنید، بلکه تنها به عملکرد دلخواه خود فکر می‌کنید و قسمت‌های حرکتی تخصصی‌تر، بقیه را انجام می‌دهند. همانطور که در این مطالعه کشف کردیم، هدف ما یافتن مناطقی از مغز است که می‌توان آنها را به راحتی توسط رابط مغز و ماشین رمزگشایی کرد تا حرکات کامل یا حتی گفتار تولید کند».
شکنج فوق حاشیه‌ای (SMG) یک منطقه در قشر جداری خلفی است. مطالعات پیشین با پستانداران غیرانسانی و تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) که با انسان انجام شده بود نشان داد که SMG برای انجام حرکات فعال شده است. این گروه در پژوهش جدید، مجموعه‌ای از میکروالکترودها را در SMG یک شرکت‌کننده تتراپلژی قرار داد و سپس فعالیت مغز را در حالی اندازه‌گیری کرد که فرد تصور می‌کرد در حال گرفتن جسمی است. این ایمپلنت که دارای ۹۶ الکترود بر روی یک تراشه ۴٫۴ در ۴٫۲ میلی‌متر مربع، کوچکتر از ناخن انگشت شست است، فعالیت ۴۰ تا ۵۰ نورون را در طول هر جلسه اندازه می‌گرفت. این مطالعه برای نخستین بار نشان داد که جمعیت نورون‌های منفرد در SMG انسان انواع مختلفی از چنگ زدن‌های تصور شده را رمزگذاری می‌کنند.
سپس، گروه پژوهش‌های پیشین را دنبال کرد که نشان می‌داد SMG در فرآیندهای گفتاری درگیر است تا ببیند آیا می‌توان گفتار را از سیگنال‌های عصبی ثبت شده از ایمپلنت رمزگشایی کرد یا خیر. پژوهشگران از شرکت‌کننده خواستند کلمات خاصی را بیان کند و به طور همزمان فعالیت SMG را اندازه‌گیری کردند. این آزمایش‌ها نشان داد کلمات گفتاری و انواع چنگ زدن را می‌توان از فعالیت عصبی رمزگشایی کرد. این نشان می‌دهد SMG منطقه مناسبی برای قرار گرفتن رابط مغز و ماشین است، زیرا این رابط می‌تواند به پروتزی متصل شود که فرد را قادر به حرکت و صحبت کردن میکند.
اندرسن می‌گوید: «یافتن ناحیه‌ای که هم چنگ زدن تصوری و هم کلمات گفتاری گسترده را رمزگذاری میکند مفهوم رابط مغز و رایانه را گسترش می‌دهد. در این مطالعه، فعالیت‌های مربوط به گفتار برای کلمات بیان شده بود و گام بعدی ما این است که ببینیم آیا گفتار تصوری، آن گفتگوی درونی که با خودمان داریم، می‌تواند از SMG رمزگشایی شود».
>> رابط پوشیدنی مغز و ماشین نیت ها را به عمل تبدیل میکند
>> این ایمپلنت کوچک مغزی، فکر شما را میخواند و دستورات ذهنی را به عمل تبدیل میکند
منبع: DOI: 10.1016/j.neuron.2022.03.009
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»
