بیش از ۵ میلیون نفر در ایالات متحده تحت تأثیر از دست دادن اندام یا فلجی هستند. دستگاه‌های فن‌آورانه که مستقیماً با مغز در تعامل هستند و به عنوان رابط‌های مغز و رایانه شناخته می‌شوند، پتانسیل رمزگشایی افکار فرد و تبدیل آن‌ها به عمل را با استفاده از یک بازوی رباتیک یا مکان‌نمای روی نمایشگر ارائه می‌دهند. این پروتزهای عصبی می‌توانند جای یک دست قطع شده یا فلج را بگیرند و به کاربر کمک کنند تا فعالیتی را انجام دهد.

پژوهش‌های بسیاری تا به امروز بر روی رمزگشایی سیگنال‌های مغزی متمرکز شده‌اند؛ اینکه کاربر قصد دارد چه کاری انجام دهد؟ اما بخش دیگری به همان اندازه مهم در هر سامانه عصبی در دنیای واقعی وجود دارد: اینکه سامانه باید بتواند اطلاعات را در جهت دیگر نیز به مغز منتقل کند تا بازخوردی از دنیای بیرون ارائه دهد. به این فکر کنید که تعامل با جهان در غیاب حس لامسه چقدر چالش برانگیز خواهد بود؛ کارهایی مانند روشن کردن کبریت، برداشتن تخم مرغ و گرفتن فنجان قهوه بسیار دشوار می‌شود. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

یک گروه در مرکز فناوری عصبی دانشگاه واشنگتن، در حال کار بر روی بهترین روش تحریک مغز و بازگرداندن احساس لامسه هستند. آنها در حال مطالعه چگونگی واکنش افراد به احساسات ناشی از تحریک الکتریکی مستقیم مغز هستند. هدف آنها کمک به ابداع سامانه‌ای است که احساس لامسه را دوباره به افراد باز می‌گرداند.

سرعت لمس طبیعی در برابر تحریک مستقیم مغز

این مرکز با همکاری جراحان مغز و اعصاب  Jeffrey Ojemannو Andrew Ko، در پژوهش‌های خود از بیماران داوطلبی استفاده می‌کنند که تحت درمان صرع هستند.

Ojemann و Ko برای کمک به شناسایی منبع تشنج بیماران پیش از برداشتن بافت مغزی، به طور موقت الکترودهای فلزی کوچکی را روی مغز بیماران قرار می‌دهند. این الکترودها تشنج‌های صرعی مغز را کنترل می‌کنند تا جراحان مغز و اعصاب بدانند کجا را باید عمل کنند.

آزمایش‌ها از همان الکترودها و به دو روش آغاز شد. پژوهشگران توانستند فعالیت الکتریکی نورون‌های مغز را ثبت کنند و همچنین قادر بودند مقدار کمی جریان الکتریکی را به قسمت‌های خاصی از مغز تزریق کنند. هنگامی که یک انفجار کوچک الکتریسیته را به نواحی پردازش لمسی مغز می‌فرستیم، فرد حس لامسه را تجربه می‌کند. به عبارت دیگر، هنگامی که نورون‌های خاصی را با الکتریسیته فعال می‌کنیم، داوطلب آن را به گونه‌ای تجربه می‌کند گویی در حال لمس قسمت خاصی از بدن او هستیم.

پژوهشگران در یک مطالعه، سعی کردند بفهمند یک فرد کدام حس لامسه را سریع‌تر درک می‌کند؛ تحریک مصنوعی ناشی از تحریک الکتریکی مستقیم مغز، یا حس لامسه طبیعی به دلیل لمس واقعی دست بیمار؟

آنها از افراد حاضر در آزمایش خواستند تا با دست خود دکمه‌ای را در سریع‌ترین زمان ممکن فشار دهند. افراد برای از بین بردن پتانسیل بازخورد بصری که ممکن است نتایج را مخدوش کند، چشم بسته بودند.

چیزی که پژوهشگران کشف کردند تعجب‌آور بود. افراد به تحریک مستقیم قشر حسی مغزشان در مقایسه با لمس طبیعی انگشتانشان کندتر پاسخ دادند. حتی زمانی که پس از یک استراحت کوتاه دوباره آزمایش تکرار شد، این نتیجه ثابت باقی ماند.

مطالعات پیشین روی پستانداران غیرانسانی نیز تأخیرهای مشابهی را در زمان واکنش تحریک الکتریکی نسبت به لمس طبیعی تجربه کرده‌اند. از سوی دیگر، پژوهش‌های اخیر با استفاده از چندین الکترود برای تحریک قشر حسی در پستانداران غیرانسانی نشان داد که چنین تحریک الکتریکی می‌تواند زمان پاسخ را کمی سریع‌تر از لمس طبیعی ایجاد کند.

این پژوهش‌ها پیچیدگی‌های تحریک مغز برای جایگزینی بازخورد لمسی طبیعی را نشان می‌دهد. فن‌آوری‌ها و روش‌های آینده باید تنوع در حس لامسه را بسته به چگونگی تحریک الکتریکی در مغز، در نظر بگیرند.

مهندسی یک تأخیر حسی

با کشف تأخیر در شیوه واکنش افراد به تحریک الکتریکی مستقیم مغز، محدودیت‌های بالقوه‌ای در شیوه عملکرد راه‌کارهای مهندسی کنونی آشکار شد. این تأخیر ممکن است میزان عملکرد دستگاه‌های عصبی مصنوعی آینده را با استفاده از این الکترودهای بالینی محدود کند.

طراحان باید تأخیر قابل توجه در حس مصنوعی نسبت به لمس طبیعی را در نظر بگیرند. برای نمونه، اگر کاربر بازخوردی را از حسگرهای لمسی روی یک دست رباتیک به سرعت دریافت نکند و سامانه این تأخیر را در نظر نگیرد؛ فردی که تلاش می‌کند یک تخم‌مرغ را با دست رباتیک بردارد، ممکن است فشار زیادی وارد و آن را خرد کند.

برای بهبود زمان‌های واکنش و به‌طور گسترده‌تر برای بهبود کاربرد تحریک مستقیم مغز، باید فعالیت‌های مداوم مغز را در نظر بگیریم و الگوهای تحریک الکتریکی را برای مغز هر فرد و هر فعالیت به صورت مجزا انجام دهیم.

پژوهشگران برای دستیابی به این هدف، اخیراً نوع جدیدی از رابط مغز و رایانه به نام پردازنده مشترک مغز را پیشنهاد کرده‌اند که از هوش مصنوعی برای محاسبه بهترین الگوهای تحریک برای یک فعالیت با توجه به فعالیت فعلی مغز استفاده می‌کند. چنین رویکردی امکان استفاده از چندین الکترود را فراهم می‌کند که احتمالاً مناطق متعددی را هدف قرار می‌دهد.

آیا تحریک الکتریکی می‌تواند به طور معناداری جایگزین لمس طبیعی در دنیای واقعی شود؟ امکان‌پذیر است. این هم نیازمند درک پیچیدگی‌های پردازش اطلاعات در مغز و هم گنجاندن این دانش در پردازشگرهای مغزی آینده و دستگاه‌های پروتز عصبی برای بازگرداندن حس لامسه است.

>> کنترل حرکات و حس لامسه بازوی رباتیکی توسط مغز

>> بهبود کنترل بازوی رباتیک با تحریک مغز و ایجاد حس لامسه

منبع:  medicalxpress.com

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