الذكاء الاصطناعي وزرعات الدماغ: خطوة جديدة للواجهات العصبية

لم تعد زرعات الدماغ حكرًا على الخيال العلمي. تستطيع أنظمة تجريبية تفسير إشارات دماغية محددة للمساعدة، مثلًا، على التحكم في حاسوب. لكن النتائج تتعلق بمهام ومشاركين محددين، ولا تعني قراءة جميع أفكار الإنسان ونواياه بلا قيود.

تسمى هذه الأنظمة واجهات الدماغ والحاسوب، أو BCI، وهي تنشئ مسارًا للاتصال بين نشاط الدماغ وجهاز خارجي. وتعد Neuralink من أشهر الشركات في هذا المجال، وتطور واجهة قابلة للزرع.

تخضع واجهات الدماغ والحاسوب للبحث منذ ستينيات القرن الماضي. وقد حسّن تقدم الذكاء الاصطناعي تفسير الإشارات العصبية وأتاح عروضًا عملية مهمة، منها تطبيقات لمساعدة أشخاص ذوي إعاقة. ومع ذلك، ما زالت هناك تحديات تقنية وسريرية قبل الاستخدام الأوسع.

التطبيقات الحالية والإنجازات

في عام 2023، كان معظم تطوير الواجهات القابلة للزرع يجري في المختبرات والدراسات السريرية. لكن الذكاء الاصطناعي ساعد بالفعل على إظهار كيفية استفادة بعض الأشخاص ذوي الإعاقة منها.

الذكاء الاصطناعي وزرعات الدماغ لدعم التواصل والتحكم في الحركة

يعيش نحو 1.3 مليار شخص حول العالم مع إعاقة كبيرة الأثر. وقد تساعد الواجهات المدعومة بالذكاء الاصطناعي في بعض صعوبات التواصل أو الحركة، لكنها لا تزيل جميع القيود لدى جميع هؤلاء الأشخاص تمامًا.

في دراستين نشرتا في أغسطس 2023 في مجلة Nature، عرض فريقا ستانفورد وجامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو واجهات ساعدت امرأتين مصابتين بالشلل على التواصل. فكت الأنظمة الإشارات المرتبطة بمحاولة الكلام، وساعدت نماذج حاسوبية، منها نماذج لغوية، على إنتاج نص أو صوت اصطناعي. ولم يكن ذلك استعادة للصوت الطبيعي.

في ستانفورد، زرعت أربع مصفوفات صغيرة من الأقطاب الدقيقة في مناطق دماغية مرتبطة بالكلام لدى بات بينيت، التي كان عمرها 68 عامًا آنذاك. وحوّل البرنامج محاولاتها الكلامية إلى نص. أما فريق UCSF فاستخدم واجهة مختلفة على سطح دماغ آن، مكنتها من التحكم في صوت اصطناعي وتعبيرات وجه صورة رمزية رقمية. وكانت آن في الثلاثين عندما أصيبت بالسكتة الدماغية التي سببت الشلل، لا عند إجراء الدراسة. وحسنت الدراستان المفردات المتاحة وسرعة فك الإشارات ودقتها مقارنة بالأنظمة السابقة.

الذكاء الاصطناعي والإلكترونيات الدقيقة في أبحاث أمراض الدماغ

يمكن أن يساعد التنبيه الكهربائي عبر الزرعات في علاج الصرع وباركنسون بتعديل النشاط العصبي غير الطبيعي. وقد جمعت جامعة تورنتو مهندسي الكهرباء والحاسوب والأطباء وعلماء الأعصاب وخبراء المواد والبيانات. ويدرس الفريق، من بين أمور أخرى، تعديلًا عصبيًا أدق وأقل استهلاكًا للطاقة.

يحاول الفريق بالتعلم العميق التعرف على أنماط الإشارات والمؤشرات الحيوية التي يصعب رصدها، لاختيار توقيت التنبيه بصورة أفضل. وتشمل التطبيقات المستقبلية المحتملة الحالات التالية؛ ولا يعني ذلك أن جميع هذه الاستخدامات علاجات راسخة بالفعل:

• الألم المزمن
• الاكتئاب
• الخرف
• مرض الزهايمر
• اضطرابات النوم

دراسة Neuralink على البشر

حصلت Neuralink في 2023 على إذن من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية لإجراء دراستها الأولى على البشر. وفي سبتمبر أعلنت بدء استقبال المشاركين بعد موافقة لجنة الأخلاقيات المختصة. والإذن بإجراء دراسة ليس ترخيصًا لبيع الجهاز. وكانت مسائل السلامة جزءًا من تقييم هذا النظام التجريبي.

استهدفت دراسة PRIME، أي Precise Robotically Implanted Brain-Computer Interface، أشخاصًا يعانون شللًا بسبب إصابة في النخاع الشوكي عند العنق أو التصلب الجانبي الضموري. وذكرت النشرة نحو ست سنوات للمشاركة والمتابعة. وكان من المقرر أن يضع روبوت جراحي خيوط الزرعة اللاسلكية، لتقييم السلامة والوظيفة الأولية في التحكم بحاسوب عبر إشارات الدماغ.

طرح ماسك طموحات أوسع تتعلق، من بين أمور أخرى، بالتوحد والاكتئاب والفصام. ولم تكن هذه التصريحات دليلًا على قدرة Neuralink على علاج تلك الحالات، كما لم تكن هدف دراسة PRIME. وبعد التجارب قبل السريرية على الحيوانات، كانت الشركة في 2023 تستقبل مشاركين مصابين بالشلل لدراستها البشرية الأولى.

التقدم التقني والعلمي

طورت أبحاث واجهات الدماغ والحاسوب خلال عقود مسارات اتصال مباشرة بين الدماغ والأجهزة. وأسهم الذكاء الاصطناعي في دفع العمل بتحليل البيانات المعقدة وتحويلها، مثلًا، إلى نص أو صوت شبيه بالكلام البشري.

كانت واجهات الكلام التجريبية الأولى بطيئة ومحدودة. وأتاح تقدم علوم الأعصاب والحوسبة أنظمة أسرع قد تدعم وسائل مساعدة مستقبلية للتواصل أو التحكم في الحركة. لكن زرعات الكلام الموصوفة هنا بقيت تجريبية. ولم تثبت الدراسات أن زرعات ذكاء اصطناعي تعيد جميع الوظائف الحسية والحركية أصبحت متاحة للبيع.

تحول هذه الأنظمة إشارات محاولة الكلام إلى نص. وفي دراسة ستانفورد، بلغ معدل الخطأ في الكلمات 9.1% عند استخدام مفردات محدودة من 50 كلمة؛ أي أخطاء أقل بمقدار 2.7 مرة من واجهة كلام سابقة قابلة للمقارنة. وعند استخدام 125 ألف كلمة، بلغ معدل الخطأ 23.8%. ووصلت السرعة إلى 62 كلمة في الدقيقة، مقابل نحو 160 في المحادثة الطبيعية. كان ذلك تقدمًا مهمًا، لكنه بقي أبطأ بوضوح من الكلام المعتاد.

استخدم هذا العمل ضمن دراسة BrainGate2 شبكة عصبية متكررة لفك إشارات الكلام. وفي تحليل منفصل، ميز مصنف بايز الساذج بين 33 حركة للفم والوجه بدقة 92%. لذلك لا يمثل هذا الرقم دقة النص الحر، ولا أداء شبكة متكررة تتعرف على جميع حركات الوجه.

نظرًا لأن فك شفرة السلوك أو الحالة الإدراكية من الإشارات العصبية أمر حاسم لأبحاث واجهات الدماغ-الكمبيوتر، برز التعلم العميق كطريقة في العديد من مهام التعلم الآلي مثل تقسيم الصور والتعرف على الكلام. أدى نجاحه إلى استخدامه في توقع المخرجات الشائعة، بما في ذلك الحركة والكلام والرؤية.

طور باحثو جامعة تكساس في أوستن أيضًا مفككًا دلاليًا غير جراحي يستخدم نموذجًا من بنية المحولات، وهي البنية المستخدمة أيضًا في أنظمة مثل ChatGPT وBard آنذاك. واستمع المشاركون، لا الباحثون، إلى قصص داخل جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي أثناء التدريب. ثم أمكن للنظام إنتاج نص يعكس جزءًا من معنى قصص جديدة مسموعة أو متخيلة، لا نسخًا موثوقًا حرفيًا. وكان التدريب الفردي وتعاون المشارك ضروريين؛ ولم يكن تقنية عامة لقراءة أفكار أي شخص سرًا.

يساند الذكاء الاصطناعي أبحاث علوم الأعصاب بطرق متعددة. وفي هذا المجال السريع التطور، ينبغي النظر أيضًا في شروط الاستخدام وآثاره.

انقر هنا لتتعرف على العلاجات الضخمة القادمة لعلاج الاضطرابات العصبية.

الأخلاقيات والخصوصية والسلامة

يفتح تطور واجهات الدماغ والذكاء الاصطناعي إمكانات مهمة للأشخاص المحتاجين إلى الدعم. لكنه يثير أيضًا أسئلة عن السلامة والخصوصية والمسؤولية.

ببساطة، أنظمة الذكاء الاصطناعي عرضة للأخطاء والخلل، مثل أي تقنية أخرى، مما قد يؤدي إلى نتائج ضارة محتملة. بُنيت على خوارزميات معقدة تعالج كميات هائلة من البيانات، وتكون أنظمة الذكاء الاصطناعي أيضًا عرضة للاختراق والتلاعب. ولا ننسى أن البيانات التي تُدرب عليها قد تحمل تحيزات داخلية تؤدي إلى نتائج تمييزية.

دفعت زيادة الاستثمار في أنظمة تحليل نشاط الدماغ وتخزين البيانات العصبية اليونسكو إلى التحذير من مخاطر على حقوق الإنسان والدعوة إلى حوكمة عالمية للتكنولوجيا العصبية. ولا يعني ذلك أن الأنظمة تستطيع بالفعل قراءة جميع الأفكار بحرية.

“الوعد … قد يأتي بتكلفة عالية من حيث حقوق الإنسان والحريات الأساسية، إذا تم إساءة استخدامه. يمكن لتكنولوجيا الأعصاب أن تؤثر على هويتنا، واستقلاليتنا، وخصوصيتنا، ومشاعرنا، وسلوكياتنا، ورفاهيتنا العامة.”

– غابرييلا راموس، مساعدة المديرة العامة لليونسكو للعلوم الاجتماعية والإنسانية.

أعلنت منظمة الأمم المتحدة للتربية والعلم والثقافة في 2023 أنها ستبدأ تطوير إطار أخلاقي عالمي للتكنولوجيا العصبية.

أبدت راموس قلقًا من مساس التقنية بجوهر معنى أن يكون المرء إنسانًا. ووصفت مارياغراتسيا سكويتشياريني، المؤلفة الرئيسية لتقرير اليونسكو عن الابتكار العصبي، إضافة الذكاء الاصطناعي بأنها أشبه بإعطاء التكنولوجيا العصبية منشطات. وكانت الاستعارة تؤكد مدى تسارع التطور المحتمل.

ذكر تقرير اليونسكو الصادر في 2023 أن التمويل الخاص السنوي للتكنولوجيا العصبية تضاعف 22 مرة بين 2010 و2020، ليبلغ 7.3 مليارات دولار في 2020. وزادت الابتكارات المقاسة ببراءات الاختراع نحو 20 مرة خلال فترة مختلفة، هي 2000–2020. كما أورد المقال توقعًا تاريخيًا بأن يتجاوز سوق الأجهزة 24 مليار دولار في 2027؛ ولم يكن هذا إيرادًا تحقق بالفعل.

يزيد تحليل بيانات الدماغ بالذكاء الاصطناعي أهمية حماية خصوصية الحالة الذهنية. وقد وردت تقارير عن عمال في الصين يرتدون أغطية رأس لتقدير حالات عاطفية محددة. وهذه التقديرات لا تثبت قراءة المشاعر قراءة كاملة وموثوقة. وفي الولايات المتحدة، تبحث دراسات ممولة عسكريًا واجهات التحكم بالأجهزة وبعض الاستخدامات المعرفية أو العلاجية المحتملة.

تثار أيضًا أسئلة أخلاقية عن أثر واجهات الدماغ والحاسوب في المجتمع. ويخشى كثيرون أن يتيح الوصول غير المسبوق إلى بيانات الدماغ استخدامات قمعية أو ضارة.

شركات ومؤسسات تطور الواجهات العصبية

فيما يلي بعض الجهات العاملة في واجهات الدماغ والأعصاب. وتشمل تقنياتها زرعات وأنظمة غير جراحية ذات وظائف مختلفة:

1. Neuralink

تطور Neuralink، التي أسسها إيلون ماسك، زرعات لاسلكية تسجل النشاط العصبي للتحكم بأجهزة خارجية. وأورد مقال نوفمبر 2023 جمع 43 مليون دولار إضافية ضمن توسيع جولة قادها Founders Fund، الذي شارك بيتر ثيل في تأسيسه.

في يونيو 2023، وردت تقارير عن تقييم الشركة بنحو خمسة مليارات دولار. أما الإيرادات السنوية المقدرة البالغة 115.7 مليون دولار لدى Growjo فكانت تقديرًا خارجيًا، لا مبيعات مدققة نشرتها Neuralink. وفي نوفمبر 2023، طلب أعضاء في الكونغرس من هيئة الأوراق المالية والبورصات التحقيق في تصريحات الشركة عن وفيات حيوانات التجارب. ونقل المقال حينها تقدير ماسك بأن الإطلاق التجاري لا يزال بعيدًا بسنوات، لا جدولًا معتمدًا للبيع.

2. Synchron

تطور Synchron في نيويورك واجهة تسجل إشارات الدماغ عبر وعاء دموي للتحكم في حاسوب. وهي نظام للتواصل والتحكم، وليست علاجًا لتعديل الأعصاب. وفي يناير 2023، نشرت نتائج دراسة SWITCH التي قيمت السلامة وقابلية التنفيذ لدى أربعة أشخاص مصابين بشلل شديد.

يدخل الجهاز عبر الأوعية ويسجل إشارات قرب القشرة الدماغية. ولم تسجل خلال متابعة أربعة مشاركين لمدة 12 شهرًا أحداث ضائرة خطيرة مرتبطة بالجهاز. ولا يعني ذلك غياب كل الآثار الجانبية أو المخاطر. وأورد المقال تمويلًا تراكميًا بقيمة 135.7 مليون دولار بحسب CB Insights، ودعم مستثمرين مرتبطين بجيف بيزوس وبيل غيتس. أما الإيراد السنوي البالغ 37.3 مليون دولار لدى Growjo فكان تقديرًا خارجيًا غير مؤكد بحسابات مدققة منشورة من الشركة.

3. Blackrock Neurotech

تطور هذه الشركة الخاصة أنظمة للتكنولوجيا العصبية، منها واجهات الدماغ والحاسوب. وفي يونيو 2022، أعلنت Blackrock Neurotech بلوغ 30 ألف يوم-مريض من أبحاث زرعاتها، محسوبة إجمالًا عبر عدة مشاركين. ولا يعني ذلك إقامة شخص واحد في المستشفى 30 ألف يوم. ورأى المؤسس المشارك ورئيس مجلس الإدارة فلوريان زولتسباخر حينها أن التقنية جاهزة للانتقال من المختبر إلى منازل المرضى. ولم يكن تقييم الشركة ترخيصًا عامًا للبيع.

جمعت الشركة في 2021 عشرة ملايين دولار تمويلًا من مستثمرين شملوا re.Mind Capital التابعة لكريستيان أنغرماير، وبيتر ثيل، وتيم سيفرز، وUniversity Venture Fund II التابعة لـ Sorenson Impact.

4. BrainGate

يستخدم اتحاد BrainGate البحثي مصفوفات أقطاب دقيقة تتألف من نحو 100 قطب تزرع جراحيًا في الدماغ. والهدف مساعدة المصابين بالشلل على التحكم في أطراف روبوتية أو حواسيب بإشاراتهم العصبية، وتحسين الحركة والتواصل والاستقلالية لدى المصابين بالشلل الرباعي.

5. Precision Neuroscience

أعلنت Precision Neuroscience في يونيو 2023 أولى الإجراءات البشرية لرسم خريطة إشارات الدماغ. وكان أحد مؤسسيها قد شارك سابقًا في تأسيس Neuralink. وLayer 7 Cortical Interface مصفوفة أقطاب توضع على سطح الدماغ وأقل سماكة من شعرة. ولم تثبت التسجيلات المؤقتة أثناء العمليات فعالية زرعة دائمة للاستخدام اليومي.

جمعت الشركة 41 مليون دولار في يناير 2023، فوصل تمويلها التراكمي إلى 53 مليون دولار خلال أقل من عامين. وكانت تطور، ضمن أعمالها، طريقة قليلة التوغل لإدخال الواجهة عبر شق صغير في الجمجمة.

6. Kernel

أسس براين جونسون شركة Kernel، التي تطور النظام غير الجراحي Kernel Flow. ويستخدم التحليل الطيفي الوظيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة والمحلل زمنيًا، TD-fNIRS، لقياس تغيرات ترتبط بنشاط الدماغ.

بحسب الشركة، فإن Kernel Flow جهاز محمول متعدد الأنماط لتصوير الدماغ، يمكن تجهيزه في دقائق. ويجمع قياسات بصرية لاستجابة الدم مع تخطيط كهربائية الدماغ. وتقيس TD-fNIRS تغير أكسجة الدم المرتبط بالنشاط الدماغي؛ فهو ليس زرعة ولا يقرأ الأفكار مباشرة.

7. Neurable

تطور Neurable واجهات غير جراحية قائمة على تخطيط كهربائية الدماغ. وشملت أبحاثها الألعاب والتفاعل بين الإنسان والحاسوب في الواقع المعزز والافتراضي. ولا ينبغي الخلط بين الاستخدام البحثي أو التطبيقات السريرية المحتملة والعلاجات الطبية المعتمدة.

8. CTRL-labs

استحوذت Facebook في 2019 على هذه الشركة الناشئة للواجهات العصبية غير الجراحية، ثم غيرت Facebook اسمها لاحقًا إلى Meta. ولم يعلن السعر رسميًا؛ ووصلت تقديرات صحفية إلى مليار دولار. وتقيس النماذج الأولية لسوار المعصم، التي عرضت أيضًا في 2018، الإشارات الكهربائية للعضلات بواسطة التخطيط العضلي. والهدف التحكم بالأجهزة انطلاقًا من نيات الحركة والإيماءات الصغيرة، لا قراءة جميع الأفكار مباشرة بزرعة دماغية.

آفاق مستقبلية وتحديات

الواجهات الدماغية المدعومة بالذكاء الاصطناعي أدوات مهمة لعلوم الأعصاب. وقد تحسن بعض العلاجات والأجهزة المساعدة. والنتائج لدى المشاركين واعدة، لكن معناها يعتمد على التقنية والاستخدام الذي خضع للدراسة.

يدرس باحثون بتمويل وكالة DARPA الأمريكية إشارات مرتبطة باضطرابات المزاج وتنبيه شبكات الدماغ. وتناولت أعمال قدمت في 2018 تفسير المزاج والتنبيه بحلقة مفتوحة، كخطوات نحو أنظمة مستقبلية تستخدم التغذية الراجعة بحلقة مغلقة. ولم تثبت أن الزرعات كانت في 2017 تعيد كل مريض تلقائيًا إلى حالة صحية دون إشراف طبي.

تشمل أبحاث أخرى التحكم في الأطراف الاصطناعية وتعديل النشاط العصبي غير الطبيعي. ويمكن للتغذية الراجعة العصبية توفير معلومات آنية لتعلم تغيير إشارات محددة، مع نتائج تعتمد على التطبيق. ودرس التواصل بين الأدمغة تجريبيًا أيضًا، لكنه ليس نقلًا عامًا وسلسًا للأفكار.

من التطبيقات المستقبلية المحتملة تحسين القدرات المعرفية لدى أشخاص لا يحتاجون إلى علاج. وقد يؤثر التنبيه الموجه في بعض وظائف الانتباه أو الذاكرة أو التعلم. وما زال ذلك اتجاهًا بحثيًا، لا قدرة مثبتة عمومًا لزرعات الدماغ المدعومة بالذكاء الاصطناعي.

وتثير احتمالات تعزيز القدرات البشرية أسئلة أخلاقية عن إتاحة التقنية والخصوصية.

وفقًا لـ استطلاع مركز بيو المنشور في 2022، لم يرغب 78% من الأمريكيين في زرعة لتحسين القدرات المعرفية، بينما رغب فيها 20%. ولم يكن السؤال عن جميع الاستخدامات العلاجية. وفي استطلاع سابق، رفض نحو الثلثين شريحة لتحسين التركيز ومعالجة المعلومات بصورة كبيرة. ورأى ستة من عشرة أن معظم الناس سيشعرون بالضغط للحصول على زرعة إذا شاع استخدامها.

في هذه الأسئلة عن التحسين المعرفي، توقع 52% أن يحصل المخترقون على معلومات شخصية بصورة متكررة إذا شاعت الزرعات. وأثارت التغيرات الدماغية غير المرغوبة وأعطال الأجهزة مخاوف أيضًا. كما أراد 83% معايير اختبار أشد من معايير الأجهزة الطبية، بدلًا من تطبيق المعايير نفسها.

يوضح ذلك ضرورة الموازنة بين إمكانات التقنية وحماية صحة الأفراد والمجتمع وسلامتهم وقيمهم الأساسية.

انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل عشرة أسهم في مجال التكنولوجيا الحيوية.

الخاتمة

تحسن واجهات الدماغ والحاسوب التي تستخدم الذكاء الاصطناعي، بما فيه النماذج اللغوية، معالجة الإشارات العصبية. وساعدت عروض تجريبية بعض المصابين بالشلل على التواصل أو التحكم في أجهزة خارجية. ولا يعني ذلك قراءة غير محدودة للأفكار أو استعادة كل القدرات الحركية بالكامل.

تقدم التقنية إمكانات مهمة، لكن السلامة والخصوصية والآثار الأخلاقية تتطلب تقييمًا دقيقًا. وتلزم دراسات محكمة ومعلومات شفافة ومتابعة مستمرة لتحديد المنافع والمخاطر.

للزرعات الدماغية المدعومة بالذكاء الاصطناعي تطبيقات محتملة متعددة، وقد تكون آثارها كبيرة.

انقر هنا لتتعرف على كل ما يتعلق بالاستثمار في الذكاء الاصطناعي.