التكنولوجيا الحيوية
واجهات الدماغ-الحاسوب (BCI) تُحدث ثورات تمكّن ذوي الإعاقة من استعادة القدرات والازدهار
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
التقدم التكنولوجي يتسارع بسرعة هائلة بحيث يمكن للأشخاص ذوي الإعاقة الآن التحدث، المشي، لعب الألعاب، والقيام بالمزيد باستخدام عقولهم فقط.
هذا التطور قد تم دفعه بواسطة التقدم في تكنولوجيا واجهة الدماغ-الحاسوب (BCI). تسمح واجهات BCI للأفراد بالتحكم في الأجهزة الخارجية، مثل الحواسيب، باستخدام أفكارهم فقط. تعمل هذه الواجهات عن طريق جمع إشارات الدماغ، تحليلها، وترجمتها إلى أوامر يمكن نقلها إلى جهاز الإخراج.
تتمتع واجهات BCI بمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك مساعدة الأشخاص ذوي الإعاقة عن طريق استعادة الوظائف التي فقدوها بسبب حالات مثل السكتة الدماغية، التنكس العصبي، وإصابة الحبل الشوكي. من خلال استعادة القدرات مثل الرؤية، الكلام، والوظيفة الحركية، تُظهر واجهات BCI القدرة على تعزيز القدرات البشرية.
اعتمادًا على كيفية أخذ الإشارات التقاطها من الدماغ، يمكن تسمية واجهة الدماغ-الحاسوب بـ إما:
- غزوية، حيث الأقطاب الكهربائية تُزرع مباشرة في القشرة
- شبه غزوية، حيث تُوضع الأقطاب الكهربائية على سطح الدماغ المكشوف
- غير غزوية، حيث تُوضع الأقطاب الكهربائية على فروة الرأس
على مدار العقد الماضي، نمت الأبحاث وتطوير تكنولوجيا BCI بشكل كبير. مكّن التطورات الأخيرة الأفراد الذين يعانون من شلل شديد من التواصل عن طريق ترجمة إشارات دماغهم إلى نص واستعادة التحكم في الأطراف الاصطناعية أو العضلات. كما تُستكشف واجهات BCI لتحسين الذاكرة، تعزيز التعلم، ومعالجة مشاكل الصحة النفسية.
مع كل ما يحدث في مجال BCI، دعونا نلقي نظرة على أحدث الاختراقات التي حققها العلماء والتي لديها القدرة على تعزيز القدرات البشرية بشكل كبير.
استعادة القدرة على الكلام بدقة عالية
في دراسة نُشرت هذا الشهر فقط، طور الباحثون واجهة BCI جديدة تقوم بـترجمة إشارات الدماغ إلى الكلام بدقة تصل إلى 97%، وهو أحد أكثر الأنظمة دقة من نوعه.
تم زرع المستشعرات في دماغ في دماغ كيسي هاريل، رجل يبلغ من العمر 45 عامًا كان يعاني من اضطراب شديد في الكلام بسبب التصلب الجانبي الضموري (ALS). المعروف أيضًا بمرض لو جيرهارد، هذا الاضطراب العصبي يؤثر على الخلايا العصبية التي تتحكم في الحركة في جميع أنحاء الجسم ويؤدي إلى فقدان تدريجي للقدرة على المشي، الوقوف، والكلام.
عندما انضم هاريل إلى التجربة السريرية لBrainGate، كان كلامه غير مفهوم، وكان على الآخرين مساعدته في تفسيره. ومع ذلك، خلال دقائق من تفعيل نظام BCI، استطاع التواصل بالكلام الذي يرغب به.
قامت UC Davis Health بإنشاء هذه التقنية الجديدة للـ BCI للأشخاص الذين يعانون من حالات عصبية ولا يستطيعون التواصل عبر الكلام.
عندما يحاول المستخدم التحدث، يفسر النظام الجديد إشارات الدماغ قبل تحويلها إلى نص يُنطق بصوت عالٍ بواسطة الحاسوب.
«تقنيتنا BCI ساعدت رجلًا مصابًا بالشلل على التواصل مع الأصدقاء، العائلة، ومقدمي الرعاية.»
– ديفيد براندمان، المؤلف المشارك الرئيسي ومشارك رئيسي في الدراسة وجراح أعصاب في UC Davis
كما أضاف أن تجربتهم أظهرت «أكثر جهاز نيرو-بروستاز للكلام دقة تم الإبلاغ عنه على الإطلاق».
براندمان، الذي هو أيضًا أستاذ مساعد في قسم جراحة الأعصاب بجامعة UC Davis ومشارك في إدارة مختبر Neuroprosthetics بجامعة UC Davis، زرع جهاز BCI في يوليو من العام الماضي. أربعة مصفوفات من الميكروإلكترودات تم زرعها في المنطقة الدماغية المسؤولة عن تنسيق الكلام، الفص القُبَلي الأيسر. تستخدم هذه المصفوفات 256 قطبًا قشريًا لتسجيل نشاط الدماغ.
مع هذا الجهاز، محاولات المرضى لتحريك العضلات والتحدث يتم اكتشافها.
«نحن نسجل من الجزء من الدماغ الذي يحاول إرسال هذه الأوامر إلى العضلات. ونحن في الأساس نستمع إلى ذلك، ونترجم أنماط نشاط الدماغ إلى فونيم – مثل مقطع صوتي أو وحدة الكلام – ثم الكلمات التي يحاولون قولها.
– عالم الأعصاب سيرجي ستافيسكي، الباحث المشارك الرئيسي في الدراسة وأستاذ مساعد في قسم جراحة الأعصاب ومشارك في إدارة مختبر Neuroprosthetics بجامعة UC Davis
تقدمت تقنية BCI بشكل كبير على مدى السنوات العديدة الماضية، لكن الجهود لتمكين التواصل كانت بطيئة ومعرضة لأخطاء لفظية متكررة. ذلك يرجع إلى أن برامج التعلم الآلي التي تفسر إشارات الدماغ تحتاج إلى الكثير من الوقت والبيانات لتعمل.
يهدف النظام الجديد إلى إزالة تلك الحواجز أمام التواصل التي تجعل من الصعب على المستخدم أن يُفهم باستمرار.
«كان هدفنا تطوير نظام يمكّن الشخص من أن يُفهم كلما أراد التحدث.»
– براندمان
استخدم المريض النظام في كل من إعدادات المحادثة العفوية والموجهة. تم فك الشيفرة بسرعة في الحالتين في الوقت الفعلي مع تحديثات مستمرة حافظت على دقته. ثم تم عرض الكلمات المفكوكة على الشاشة وقرأت بصوت عالٍ بواسطة الحاسوب.
الصوت الذي قرأها بصوت عالٍ كان في الواقع صوت المريض قبل إصابته بمرض ALS. لهذا، استخدم الباحثون برنامجًا تم تدريبه باستخدام عينات صوتية موجودة لصوت المريض قبل ALS.
استغرق جلسة التدريب الأولى للبيانات الكلامية نصف ساعة فقط لتحقيق دقة كلمات مذهلة بنسبة 99.6% مع مفردات من 50 كلمة. استغرق الجلسة التالية 1.4 ساعة إضافية من بيانات التدريب لتحقيق دقة كلمات بنسبة 90.2% لمفردات من 125,000 كلمة. مع استمرار جمع البيانات، حافظت واجهة BCI على دقة 97.5%.
هذه القدرة على فك ما يقوله الشخص المزروع به الجهاز بدقة حوالي 97% من الوقت، وفقًا لبراندمان، «أفضل من العديد من تطبيقات الهواتف الذكية المتاحة تجاريًا التي تحاول تفسير صوت الشخص».
أجرت الدراسة 84 جلسة جمع بيانات على مدار 32 أسبوعًا. استخدم المريض BCI للتواصل عبر محادثات الفيديو وشخصيًا لأكثر من 248 ساعة.
تعزيز التواصل والتنقل باستخدام أنظمة BCI الفريدة
تطور كبير آخر في الأشهر القليلة الماضية جاء من جامعة كارنيجي ميلون، حيث كان الباحثون قادرين على تحقيق وظيفة BCI ثنائية الاتجاه. يعزز هذا الإنجاز قدرة الواجهة على تفسير إشارات الدماغ وإرسال ردود حسية مباشرة إلى الدماغ.
كان بن هي، أستاذ الهندسة الطبية الحيوية في الجامعة، ومجموعته ناجحين في دمج تحفيز الموجات فوق الصوتية المركزة لتحقيق التواصل المزدوج للمرة الأولى.
في دراسة شملت 25 مشاركًا بشريًا، استخدم الـ BCI ثنائي الاتجاه التعلم الآلي لتشفير وفك موجات الدماغ. لهذا التطور القدرة على تحسين جودة الإشارة والأداء العام للـ BCI غير الغزوية من خلال تحفيز الدوائر العصبية المستهدفة.
في حين أن تقنية BCI غير الغزوية آمنة ورخيصة، فإن حقيقة أنها تسجل الإشارات عبر فروة الرأس بدلاً من داخل الدماغ وجودة إشاراتها لها قيود.
وبالتالي، يعمل فريق جامعة كارنيجي ميلون على تحسين فعالية الـ BCI غير الغزوية. هذا أدى إلى استخدام أساليب التعلم العميق لفك ما يفكر به الشخص ثم تسهيل التحكم في ذراع روبوتية أو مؤشر. الآن، في أحدث أبحاثهم، استخدم الفريق الموجات فوق الصوتية المركزة لتعديل عصبي غير غزوي بدقة، وأظهرت النتائج تحسينًا كبيرًا في أداء التواصل القائم على EEG للـ BCI.
استخدم المشاركون البشريون في الدراسة أداة كتابة BCI، وهي أداة مساعدة بصرية للحركة تُستخدم عادةً من قبل غير المتحدثين للتواصل وتهجئة عبارات مثل «Carnegie Mellon».
في الدراسة، ارتدى المشاركون قبعة EEG وولدوا إشارات EEG بمجرد النظر إلى الحروف لتهجئة الكلمات التي يرغبون فيها.
من خلال تطبيق شعاع الموجات فوق الصوتية المركزة على منطقة V5 في الدماغ، التي هي جزء من القشرة البصرية، تمكن الباحثون من تحسين أداء الـ BCI غير الغزوية بين المشاركين بشكل كبير.
«بادرة BRAIN دعمت أكثر من 60 مشروعًا للموجات فوق الصوتية منذ تأسيسها. هذا التطبيق الفريد لتقنيات التسجيل والتعديل غير الغزوية يوسع مجموعة الأدوات، مع تأثير محتمل قابل للتوسع في مساعدة الأشخاص الذين يعيشون مع إعاقات التواصل».
– الدكتورة غريس هوانغ، مديرة البرنامج في مبادرة BRAIN في NIH
مع ذلك تطور كبير آخر شوهد العام الماضي عندما مكنت تقنية BCI رجلًا مشلولًا، بعد إصابته بجرح في الحبل الشوكي، من الوقوف والمشي طبيعيًا. فاز هذا الواجهة الدماغ-العمود الفقري بجائزة Physics World لاختراق العام 2023.
شمل هذا النظام جهازين قابلين للزرع بالكامل، أحدهما يسجل نشاط الدماغ المتعلق بحركة الساق والآخر يحفز الحبل الشوكي كهربائيًا للتحكم في عضلات الساق. هذا أنشأ ‘جسرًا رقميًا’، مما مكن شخصًا يعاني من شلل في الذراعين والساقين من المشي.
إشارات ECoG من الدماغ تم مراقبتها باستخدام شبكة أقطاب 64 قناة مدمجة في غلاف من التيتانيوم بسمك مماثل للجمجمة.
تم تطوير التقنية استنادًا إلى WIMAGINE، جهاز طبي قابل للزرع فريد قادر على تسجيل نشاط الدماغ على سطح القشرة. تم أيضًا تطوير خوارزمية AI مخصصة لفك نية حركة المريض في الوقت الفعلي.
في التجربة السريرية للجهاز، كان رجل يبلغ من العمر 38 عامًا يعاني من إصابة جزئية في الحبل الشوكي العنقي نتيجة حادث دراجة قبل عقد من الزمن، وقد تم زرع جهازين جراحيًا في دماغه وقائد لوحة على الحبل الشوكي القطني.
باستخدام BSI، استطاع المريض صعود السلالم، تجاوز العقبات، والتنقل عبر تضاريس متغيرة. علاوة على ذلك، كان BSI ثابتًا وموثوقًا لأكثر من عام من الاستخدام دون إشراف.
لكن ماذا عن سلامة أجهزة BCI؟
وسط كل هذا التقدم، ظهرت العديد من المخاوف بشأن التعامل مع البيانات العصبية وتهديدات الأمن السيبراني مثل اختراق الدماغ وهجمات التحفيز المضللة. كما أن هناك قلقًا كبيرًا آخر يتعلق بملف سلامة واجهة الدماغ-الحاسوب.
بالنسبة لـ BCIs الغزوية، فإن خطر العدوى الدماغية، تلف الأنسجة، النوبات، النزيف، والنزف ينشأ. بالمقابل، قد تسبب BCIs غير الغزوية صداعًا، إجهادًا للعين، وتهيجًا جلديًا نتيجة التعرض الطويل للحقول الكهرومغناطيسية.
في حين أن هذه المخاوف مشروعة، فإن دراسة قام بها باحثو جامعة براون حللت ما يقرب من عقدين من بيانات السلامة في التجارب السريرية التي اختبرت تقنية BrainGate ووجدت معدلات منخفضة من الأحداث السلبية.
تم تطوير BCI الخاص بـ BrainGate لأكثر من عشرين عامًا، وتستنتج الدراسة الأخيرة أن تقنيته العصبية يجب أن تستمر في تقييمها من حيث إمكانيتها لمساعدة الأشخاص المصابين بالشلل على تحويل الأفكار المتعلقة بالحركة إلى فعل فعلي واستعادة الوظيفة العصبية المفقودة.
وفقًا للدكتور لي ر. هوشبيرغ، أستاذ علوم الدماغ في جامعة براون ومدير ائتلاف BrainGate الأكاديمي الذي يقود تطوير واختبار التقنية:
«في أكبر تجربة جارية لواجهات الدماغ-الحاسوب داخل القشرة، يدعم ملف السلامة المؤقت المبلغ عنه اليوم إمكانية أن تصبح هذه الأنظمة تقنيات عصبية استعادة للأشخاص المصابين بالشلل».
في حين أن BCI داخل القشرة يُظهر إمكانات هائلة في التنقل وإعادة المجتمع، قال هوشبيرغ إن تحويل هذه التقدمات إلى رعاية المرضى يعتمد بالكامل على «ما إذا كانت الأجهزة مصحوبة بدرجة مخاطر مقبولة منخفضة».
قامت تقرير السلامة بتقييم أكثر من 12,200 يوم من بيانات السلامة شملت 14 مشاركًا في التجارب السريرية تتراوح أعمارهم بين 18 و75 عامًا يعانون من رباعية الشلل نتيجة ALS أو إصابة الحبل الشوكي أو سكتة دماغية في جذع الدماغ.
بين عامي 2004 و2021، عندما تم تسجيل هؤلاء المرضى في التجارب، تم العثور على 68 حدثًا سلبيًا مرتبطًا بالجهاز. كان تهيج الجلد هو الأكثر شيوعًا، وقد حدث في جزء صغير من الجهاز.
ستة أحداث سلبية تم العثور عليها مرتبطة بالإجراء الجراحي. عانى مشاركان لهما تاريخ إصابة دماغية رضحية من نوبات قصيرة بعد العملية ولكن تم علاجها بسهولة.
على الرغم من وجود أحداث سلبية، لم يكن أي منها غير متوقع. كما أن لا أحد من هذه الأحداث السلبية أدى إلى عدوى في الجهاز العصبي استدعت إزالة الجهاز أو نتج عنها إعاقة دائمة متزايدة.
في حين أن نتائج السلامة المشجعة لنظام واجهة الدماغ-العصبية BrainGate تشكل خطوة كبيرة إلى الأمام، لا يزال هناك الكثير من العمل المتبقي، بما في ذلك ضمان أن تصبح الأجهزة مزروعة بالكامل ومتاحة للمستخدمين على مدار 24/7.
الشركات التي تحقق تقدمًا في مجال BCI
Synchron، Blackrock Neurotech، Kernel، وEmotiv هم من بين العديد من المنظمات التي تعمل على تطوير هذه التقنية واستكشاف تطبيقاتها في القطاعات الطبية، المعرفية، والترفيهية.
غالبية هذه الشركات مملوكة للقطاع الخاص، ومن النادر رؤية شركات عامة تتقدم في هذا المجال. الشركات العامة هي نتيجة كونها جزءًا من مؤسسات أكبر. على سبيل المثال، تم استحواذ NextMind، التي طورت جهاز BCI غير غزوي، من قبل Snap Inc. (SNAP ) مثال آخر هو Ctrl-labs، شركة ناشئة لواجهة عصبية تم الاستحواذ عليها من قبل Meta (سابقًا فيسبوك).
لذا، دعونا نلقي نظرة على بعض الأسماء البارزة التي تتصدر تقنية BCI:
#1. Neurable
Neurable هي شركة تكنولوجيا عصبية تطور أدوات مدعومة بالذكاء الاصطناعي لترجمة إشارات الدماغ وتقنية BCI. في مايو 2024، جمعت الشركة 13 مليون دولار، مما رفع إجمالي تمويلها منذ تأسيسها إلى أكثر من 30 مليون دولار. في أواخر 2019، جمعت Neurable 6 ملايين دولار في جولة تمويل السلسلة A لتجاوز تطبيقات الواقع الافتراضي وتطوير BCI غير غزوي، بعد عامين من كشفها عن أول لعبة واقع افتراضي يتحكم فيها العقل في العالم.
الآن، مع جولة التمويل الجديدة، تهدف الشركة إلى جعل تقنيتها «متاحة للجميع»، قال الرئيس التنفيذي الدكتور رامسيس ألكايدي، مضيفًا:
«نحن نمكّن الأفراد من فهم عقولهم الخاصة، وتحسين الأداء البشري، وتجاوز أهم التحديات الصحية لجيلنا.»
#2. Precision Neuroscience
قامت هذه الشركة مؤخرًا بتحطيم رقم قياسي عالمي لعدد الأقطاب الكهربائية، 4096 إجمالًا، التي وضعت على دماغ الإنسان لتسجيل بيانات القشرة. جاء هذا التطور كجزء من اختبار Precision Neuroscience لواجهة القشرة الطبقة السابعة. هذا الإنجاز من المتوقع أن يساعد الشركة على “فهم الدماغ بطريقة أعمق بكثير.”
Precision Neuroscience تأسست بواسطة بنجامين رابوبورت، جراح أعصاب شارك في تأسيس Neuralink لكنه تركها، مستندًا إلى مخاوف تتعلق بالسلامة.
#3. Neuralink
تأسست Neuralink على يد إيلون ماسك، وهي شركة خاصة مقرها الولايات المتحدة تطور واجهات BCI ذات عرض نطاق عالي لعلاج الحالات العصبية وفي النهاية تعزيز القدرات الإدراكية البشرية. تركّز الشركة على إنشاء أجهزة قابلة للزرع يمكنها قراءة وتحفيز أعداد كبيرة من الخلايا العصبية.
مؤخرًا، استخدم الشخص الثاني المزود بشريحة دماغية من Neuralink، والتي على عكس الأولى، تظل ملتصقة بالكامل بالدماغ، الزرعة للعب لعبة الفيديو الشهيرة Counter-Strike 2. تم زرع الشريحة الشهر الماضي، وأفاد أن المريض شهد تعافيًا “سلسًا”. كان المريض قد فقد التحكم في الأطراف بعد إصابة في الحبل الشوكي.
حدث هذا التطور بعد أن كان لدى المريض الأول 85% من الأقطاب الكهربائية المثبتة على دماغه متحركة، رغم أنه لا يزال يستطيع استخدام الزرعة بفعالية. خفضت الشركة بعض التدابير لتجنب المشكلة، ولم يُلاحظ حتى الآن أي سحب للخيط تم ملاحظته حتى الآن.
خلال ظهوره الأخير في بودكاست ليكس فريدمان، توقع ماسك أن إنسانًا يمتلك دماغًا معززًا بشريحة يتغلب على لاعب فيديو محترف ليس بعيدًا الآن. متحدثًا عن المستقبل، قال ماسك أيضًا إن الهدف الطويل الأمد لـ Neuralink هو تحسين التعايش بين الذكاء الاصطناعي والبشر من خلال تعزيز قدرة الفرد على التواصل على نطاق واسع.
الخلاصة
حظيت تقنية BCI بالكثير من الاهتمام والزخم خلال السنوات القليلة الماضية، ولا تظهر هذه التطورات أي علامات على التباطؤ. في الواقع، يتم تحقيق سجلات واختراقات جديدة باستمرار يتم تحقيقها التي تهدف ليس فقط إلى تمكين الأشخاص ذوي الإعاقة من حياة أكثر إغناءً، بل أيضًا تُظهر القدرة على تعزيز القدرات لدى البشر الأصحاء.
في حين أن الطريق لتطبيق هذه التقنية لا يزال طويلاً في الوقت الحالي، فإن التقدم المستمر يُظهر أن ما كان جزءًا من الخيال العلمي قد يصبح قريبًا واقعًا.
انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل أسهم التكنولوجيا الحيوية للمراقبة.
