واسط های مغز و رایانه (Brain-computer interfaces)
واسط مغز- رایانه یک سیستم رابط میان سخت افزاری و نرم افزاری است که به وسیله آن واکنش های مغزی را کنترل میکنند . هدف اصلی در تحلیل و گسترش BCI به عنوان وسیله ای جهت ارتباط افرادی است که دچار سکته مغزی ، ناراحتی های عصبی ، عضلانی و ضایعات نخاعی شده اند و نمیتوانند با محیط اطراف خود ارتباط برقرار کنند . یک واسط مغز – رایانه لازم است بتواند سیگنال هایی که از مغز میگیرد را به دستورات کنترلی تبدیل کند.
با گسترش فناوری اطلاعات و علوم روانشناسی ، علاقه بسیار زیادی برای تبدیل فعالیت های ذهنی به فرکانس ها و دستورات لمس شده ایجاد گردیده . هدف اصلی تحقیقات BCI گسترش سامانه هایی است که امکان ارتباط با دیگر اشخاص و تعامل با فضای خارجی را برای اشخاص دچار معلولیت فراهم کند و همچنین ویژگی های اشخاص معمولی را گسترش دهد . فناوری های روبه پیشرفت در این باب ، به دنبال ایجاد راه های ارتباطی مستقیم و بدون واسطه بین مغز و وسایل خارجی هستند و هدف آنها منتقل کردن فکر و مقاصد انسان ها به محیط پیرامون است . هدف محصولات BCI گسترش و کمک یا بالا بردن عملیات شناخت یا لمسی- جنبشی است.
محیط فعالیت BCI
برقراری ارتباط و کنترل
نرم افزارهای رابط مغز و رایانه در تلاشند که نیاز افراد را به شیوه های روتین انتقال اطلاعات ، مانند بیان یا فشردن صفحه کلید کاهش دهند . این نرم افزارها انتقال دستور از مغز انسان و رمزگشایی ذهن را ممکن میسازند ؛ پس ، به اشخاص دارای معلولیت این امکان را میدهد تا فکرها و تصمیمات خود را از راه های گوناگون از قبیل : وسایل هجی کردن حرف ها ، طبقه بندی معنایی یا رایط بیان خاموش ، بیان کنند یا بنویسند.
BCI میتواند تحت عنوان وسیله ای برای کنترل محیط به کار رود . این کار با تجزیه و تحلیل فرکانس های مغزی مربوط به اراده و دستورات حرکتی ، برای انجام مجموعه ای از فرمان ها بدون دخالت اجزای بدن امکانپذیر است . برای مثال ، ربات های کمکی BCI میتوانند به افراد معلول در زندگی روزانه و حرف زدن کمک کنند.
نظارت بر وضعیت کاربر
بعضی از کاربردهای اولیه BCI اشخاص معلول حرکتی و گفتاری را مورد آزمایش قرار داده . این کاربردها با به وجود آوردن راه های ارتباطی جایگزین ، به افراد ذکر شده کمک میکنند. اما با پیشرفت این بخش ، BCI وارد دنیای افراد سالم هم میشود و به عنوان یک ابزار سنجش فیزیولوژیک که اطلاعات حسی ، شناختی یا حالات روحی اشخاص را ارزیابی و به اجرا در میاورد.
چگونگی فعالیت BCI
یک دستگاه BCI ، مجموعه ای از ابزار و دانش را جهت دریافت نشانگرهای عصبی ، پردازش آنها و تولید فرکانس هماهنگ برای برگشت به مغز یا ماشین شامل میشود . کارکرد مغز سیگنال های الکتریکی تولید میکند و همینطور ، باعث تغییر در شدت گردش خون میشود . این نشانگرها از روی پوست سر، جمجمه ,و یا داخل مغز قابل شناسایی هستند . در گام بعدی ، جزئیات جمع آوری شده پردازش میشوند و مشخصات شناختی فرد استخراج میشود . طبق این جزئیات ، بازخوردهایی از طریق تصویری ، صوتی و امثال آنها به شخص داده میشود. در بعضی از محصولات دیگر ، بر مبنای ویژگی ها و جزئیات استخراج شده ، دستور هایی به سیستم های مرتبط با مغز مثل صندلی چرخدار یا خودرو داده میشود.
انواع BCI
BCI تهاجمی
ابزارهای BCI تهاجمی دقیقا درون مغز کاشته میشوند و به دلیل نزدیکی با نورون ها ، سیگنالهایی را با بالاترین کیفیت به دست میاورد . این دسته از وسایل اکثرا برای توانمندسازی اشخاص معلول استفاده میشوند. BCIهای تهاجمی ، همچنین برای برگرداندن قدرت بینایی از طریق وصل شدن مغز به دوربین های خارجی و بازیابی توان به حرکت دراوردن اعضاء یا دستور دادن به دست و پای رباتیک به کار گرفته میشوند . برای مثال در بخش بینایی ، از کاشتنی های مغزی مستقیم برای درمان نابینایی اکتسابی استفاده میشود . وسایل تهاجمی به دلیل قرارگیری در بخش خاکستری مغز ، مستعد تجمیع در بافت زخم هستند ، بدین صورت سیگنال را ضعیف میکند . حتی امکان دارد بدن به وجود جسم خارجی در مغز واکنش نشان دهد.
BCI نیمه تهاجمی
ابزارهای BCI نیمه تهاجمی در استخوان جمجمه قرار داده میشوند و در بخش خاکستری قرار نمیگیرند . قدرت فرکانس ها در مقایسه با تهاجمی ، مقداری کمتر است . و درمقایسه با حالت تهاجمی ، خطر به وجود آمدن بافت زخم کمتر است . این شیوه فرکانس هایی با قدرت جداسازی بهتری نسبت به BCI غیرتهاجمی تولید میکند . روش الکتروکورتیکوگرافی (ECoG) مشهورترین روش در این دسته است.
BCI غیرتهاجمی
در این حالت ، وسایل نشانگرهای عصبی را از بیرون جمجمه دریافت میکنند . BCI غیرتهاجمی نسبت به شیوه های دیگر از کمترین کیفیت برخوردار است ؛ چرا که جمجمه سیگنال را دچار اشتباه میکند ؛ اما در مقایسه با انواع دیگر ریسک پایینی را دارد . این نوع ابزارها در محیا کردن امکان حرکت ماهیچه ها موفق بوده اند . EEG از بهترین ابزارهای غیرتهاجمی است که میتواند برای کارهای مختلف ، قدرت جداسازی بهتری را فراهم آورد . مزیت EEG ارزان و قابل حمل بودن آن و آسان بودن استفاده از آن است . شیوه های غیرتهاجمی متفاوت دیگر هم برای تحلیل نشانگرهای مغزی استفاده میشوند ، مانند عکسبرداری عملکردی تشدید مغناطیسی (fMRI)، طیفسنجی نزدیک مادرون قرمز عملکردی (fNIRS) و مگنتوانسفالوگرام (MEG).
منابع عکس : www.digiato.com ، www.onlinebme.com