برین‌گیت

برین‌گیت
BrainGate
حوزهواسط مغز و رایانه
یک واحد نمایشی که طراحی واسط برین‌گیت را نشان می‌دهد.

برین‌گیت به معنی دروازه مغز یک سامانهٔ کاشت مغزی است که در حال توسعه و طی مراحل کارآزمایی بالینی می‌باشد. این سامانه برای کمک به افرادی طراحی شده‌است که کنترل اندام‌های خود یا دیگر کارکردهای بدن را از دست داده‌اند، مانند بیماران مبتلا به اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) یا آسیب نخاعی. فناوری برین‌گیت و دارایی‌های وابسته به شرکت سایبرکینتیکز[الف] اکنون در مالکیت شرکت خصوصی برین‌گیت قرار دارد.[۱] حسگری که در مغز کاشته می‌شود، فعالیت مغزی بیمار را پایش کرده و قصد یا نیت کاربر را به فرمان‌های رایانه‌ای تبدیل می‌کند.

فناوری

برین‌گیت در شکل کنونی خود از یک حسگر کاشته‌شده در مغز و یک دستگاه رمزگشای خارجی تشکیل شده‌است که به نوعی اندام مصنوعی یا شیء بیرونی دیگر متصل می‌شود. حسگر به صورت یک آرایهٔ میکروالکترود[ب] است که پیش‌تر با نام «آرایه یوتا» شناخته می‌شد و شامل ۱۰۰ الکترود باریک‌تر از مو است. این الکترودها امضای الکترومغناطیسی شلیک نورون‌ها را در بخش‌های خاصی از مغز—برای نمونه در ناحیه‌ای که حرکت بازو را کنترل می‌کند—دریافت می‌کنند. حسگر این فعالیت‌ها را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل کرده و آن‌ها را به یک دستگاه خارجی می‌فرستد تا در نرم‌افزار رمزگشایی شوند. دستگاه رمزگشا با بهره‌گیری از سیگنال‌های مغزی می‌تواند ابزارهای بیرونی مانند یک بازوی رباتیک، نشانگر رایانه یا حتی یک صندلی چرخدار را کنترل کند. به بیان ساده، برین‌گیت به فرد امکان می‌دهد تنها با ذهن خود اشیای جهان پیرامون را جابه‌جا کند.

افزون بر تحلیل بی‌درنگ الگوهای نورونی برای انتقال حرکات، آرایهٔ برین‌گیت همچنین قادر به ضبط داده‌های الکتریکی برای بررسی‌های بعدی است. یکی از کاربردهای بالقوهٔ این ویژگی، مطالعهٔ الگوهای تشنج در بیماران مبتلا به صرع توسط یک عصب‌شناس است.

تاریخچه

برین‌گیت در آغاز توسط پژوهشگرانِ بخش علوم اعصاب در دانشگاه براون و در همکاری با شرکت سایبرکینتیکز توسعه یافت. بعدها سایبرکینتیکز ساخت دستگاه را به شرکت بلک‌راک میکروسایستمز[پ] واگذار کرد که اکنون حسگرها و سخت‌افزار گردآوری داده را تولید می‌کند.[۲] شرکت برین‌گیت حقوق مالکیت فکری و فناوری‌های مرتبط را از سایبرکینتیکز خریداری کرده و همچنان مالک این حقوق است.[۱][۲]

پژوهش‌ها و نتایج آزمایشی

نخستین آزمایش‌های گزارش‌شده که شامل کاشت آرایهٔ میکروالکترود در یک انسان بود، در سال ۲۰۰۲ توسط کوین وارویک[ت]، مارک گاسون[ث] و پیتر کیبرد[ج] انجام شد.[۳] این عمل که در درمانگاه رادکلیف[چ] انجام گرفت، شامل کاشت آرایه در اعصاب محیطی داوطلب بود تا کارکردهای حرکتی و حسی به‌طور دوسویه برقرار شود.[۴]

آزمایش بالینی کامل برین‌گیت سپس در فاصلهٔ سال‌های ۲۰۰۴ تا ۲۰۰۶ توسط پژوهشگران بیمارستان عمومی ماساچوست، دانشگاه براون و وزارت امور کهنه‌سربازان ایالات متحده انجام شد و شامل چهار بیمار مبتلا به فلج چهاراندام بود. نتایج این مطالعه که در سال ۲۰۰۶ در مجلهٔ نیچر منتشر شد، نشان داد که یک انسانِ فلج چهاراندام توانست تنها با فکر کردن، نشانگر رایانه را کنترل کرده، ایمیل باز کند و ابزارهایی مانند تلویزیون را به کار گیرد.[۵] یکی از شرکت‌کنندگان مت نیگل[ح] بود که آسیب نخاعی داشت و دیگری به ALS پیشرفته مبتلا بود.[۶]

در ژوئیهٔ ۲۰۰۹، آزمایش بالینی دوم با نام «برین‌گیت۲» توسط پژوهشگران بیمارستان عمومی ماساچوست، دانشگاه براون و مرکز کهنه‌سربازان پراویدنس آغاز شد.[۷][۸] در نوامبر ۲۰۱۱، آزمایشگاه ترجمه‌ای اندام‌های مصنوعی عصبی در دانشگاه استنفورد به‌عنوان محل دوم به این کارآزمایی پیوست.[۹] این کارآزمایی همچنان ادامه دارد.

در مهٔ ۲۰۱۲، پژوهشگران برین‌گیت در مجلهٔ نیچر گزارشی منتشر کردند که نشان می‌داد دو نفر که چند سال پیش بر اثر سکتهٔ ساقهٔ مغز[خ] دچار فلج شده بودند، توانستند بازوهای رباتیک را برای گرفتن و برداشتن کنترل کنند.[۱۰] یکی از شرکت‌کنندگان، «کَتی هاچینسون»، توانست با استفاده از بازوی رباتیک از بطری قهوه بنوشد،[۱۱] که نخستین بار در ۱۵ سال گذشته بود که بدون کمک دیگران می‌نوشید.[۱۲][۱۳][۱۴] این آزمایش در مرکز خانه بوستون[د] در دورچستر، ماساچوست، محل اقامت تخصصی خانم هاچینسون انجام شد.[۱۵] این مطالعه با مشارکت پژوهشگران دانشگاه براون، وزارت کهنه‌سربازان، بیمارستان عمومی ماساچوست، دانشکده پزشکی هاروارد و مرکز هوافضای آلمان انجام شد.[۱۴]

کارآزمایی‌های بالینی کنونی

کارآزمایی‌های بالینی از سال ۲۰۰۹ با نام «سامانهٔ واسط عصبی برین‌گیت۲» آغاز شد.[۱۶][۱۷] تا تاریخ اکتبر ۲۰۱۴ دانشگاه استنفورد، بیمارستان عمومی ماساچوست، دانشگاه کیس وسترن رزرو (اوهایو) و مرکز کهنه‌سربازان پراویدنس در حال جذب شرکت‌کننده برای این کارآزمایی بودند.[۱۷]

در آوریل ۲۰۲۱، برین‌گیت نخستین فناوری شد که توانست فرمان‌ها را به‌طور بی‌سیم از مغز انسان به رایانه منتقل کند. این مطالعهٔ بالینی روی دو فرد با آسیب نخاعی انجام گرفت. در این آزمایش یک فرستنده به قشر حرکتی مغز متصل بود تا سیگنال‌ها را ارسال کند. دقت و سرعت تایپ و حرکت مشابه راهکارهای باسیم گزارش شد.[۱۸]

همچنین ببینید

پانویس

  1. ↑ Cyberkinetics
  2. ↑ Microelectrode array
  3. ↑ Blackrock Microsystems
  4. ↑ Kevin Warwick
  5. ↑ Mark Gasson
  6. ↑ Peter Kyberd
  7. ↑ Radcliffe Infirmary
  8. ↑ Matt Nagle
  9. ↑ Brainstem stroke syndrome
  10. ↑ The Boston Home

منابع

  1. 1 2 Kirsner, Scott (12 August 2009). "CyberKinetics' Brain-to-Computer Interface Gets a Second Chance". Boston.com. Retrieved 5 April 2021.
  2. 1 2 "Neuroscience Research Systems Blackrock Microsystems". Archived from the original on 3 آوریل 2021. Retrieved 5 April 2021.
  3. ↑ Warwick, K, Gasson, M, Hutt, B, Goodhew, I, Kyberd, P, Andrews, B, Teddy, P and Shad, A: "The Application of Implant Technology for Cybernetic Systems", Archives of Neurology, 60(10), pp1369-1373, 2003 doi:10.1001/archneur.60.10.1369
  4. ↑ Legato, M Editor: ”Principles of Gender-Specific Medicine”, Academic Press, 2017
  5. ↑ Hochberg LR, Serruya MD, Friehs GM, Mukand JA, Saleh M, Caplan AH, Branner A, Chen D, Penn RD, Donoghue JP (July 2006). "Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia". Nature. 442 (7099): 164–171. Bibcode:2006Natur.442..164H. doi:10.1038/nature04970. PMID 16838014. S2CID 4347367.
  6. ↑ "Mind Control". Wired. 1 March 2005.
  7. ↑ "BrainGate - Turning thought into Action". 2015-12-04.
  8. ↑ "BrainGate2: Feasibility Study of an Intracortical Neural Interface System for Persons With Tetraplegia (BrainGate2)".
  9. ↑ Tanya Lewis. "Stanford joins BrainGate team developing brain-computer interface to aid people with paralysis". Stanford School of Medicine. Archived from the original on 9 December 2011.
  10. ↑ Hochberg LR, Bacher D, Jarosiewicz B, Masse NY, Simeral JD, Vogel J, Haddadin S, Liu J, Cash SS, van der Smagt P, Donoghue JP (May 2012). "Reach and grasp by people with tetraplegia using a neurally controlled robotic arm". Nature. 485 (7398): 372–375. Bibcode:2012Natur.485..372H. doi:10.1038/nature11076. PMC 3640850. PMID 22596161.
  11. ↑ "Paralysed woman moves robot with her mind - by Nature Video" (in English). YouTube: Nature video. 16 May 2012. Archived from the original on 2021-12-22. Retrieved 5 April 2021.
  12. ↑ "People with paralysis control robotic arms using brain-computer interface". Brown University. May 2012.
  13. ↑ Abbott, Alison (May 16, 2012). "Mind-controlled robot arms show promise". Nature. doi:10.1038/nature.2012.10652. S2CID 61793032.
  14. 1 2 "People with paralysis control robotic arms using brain-computer interface". Brown University. 16 May 2012.
  15. ↑ "The Boston Home Connection to a technology breakthrough". 16 May 2012. Archived from the original on 15 November 2013. Retrieved 30 October 2012.
  16. ↑ "Clinical Trials". Retrieved 5 April 2021.
  17. 1 2 "BrainGate2: Feasibility Study of an Intracortical Neural Interface System for Persons With Tetraplegia (BrainGate2)". ClinicalTrials.gov. Retrieved 5 April 2021.
  18. ↑ Cuthbertson, Anthony (3 April 2021). "Scientists connect human brain to computer wirelessly for first time ever". The Independent. Retrieved 5 April 2021.
This page is issued from ویکی‌پدیا. The text is available under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 unless otherwise noted. Additional terms may apply for the media files.