واجهات الدماغ-الحاسوب (BCIs) تتقدم، وتمنح الأمل لأولئك الذين يعانون من اضطرابات عصبية

الطلب على واجهات الدماغ-الحاسوب (BCIs) يواصل الارتفاع. قد تبدو الواجهات كخيال علمي، لكن البحث والتطوير الذي يُستثمر في أنظمة اليوم يجعلها قادرة على أشياء مذهلة. تمكّن هذه الأجهزة الأشخاص من التواصل مع الأجهزة الإلكترونية باستخدام الفكر فقط. ومن الجدير بالذكر أن مجموعة من الباحثين في جامعة كارنيجي ميلون يعتقدون أنهم اكتشفوا طريقة لتحسين جودة الواجهة. إليكم ما تحتاجون معرفته.

الدراسة الدراسة، التي نُشرت في Nature Communications، تقدم طريقة جديدة لتحسين أداء الواجهة غير الغازية. تستغل الطريقة الموجات فوق الصوتية لتحسين نقل البيانات بين الأجهزة القابلة للارتداء والعقل. وبالتالي، أثارت نتائجهم المجتمع بأكمله.

واجهات الدماغ-الحاسوب (BCIs)

واجهات الدماغ-الحاسوب هي التطور الطبيعي لتفاعل الإنسان والآلة. يفاجئ الكثيرون عندما يكتشفون أن أول لوحة مفاتيح لم تُصمم بعناية كبيرة. كان مصممو الحواسيب يركزون على مهام أخرى بدلاً من ابتكار طريقة جديدة لإدخال النص إلى الآلة. الآن، أصبح التفاعل مع الآلات محورًا أساسيًا للمطورين الذين يسعون لجعل هذه اللحظات سلسة.

يمكن لأجهزة الواجهة تحقيق ذلك. تقيس هذه الأجهزة النبضات الكهرومغناطيسية في دماغك وتحوّل هذه النبضات إلى أفعال. تراقب الأنظمة الأفضل الدوائر العصبية باستخدام إجراءات غير غازية مثل الأجهزة القابلة للارتداء. ميزة هذه التقنية هي أنها رخيصة الإنتاج، سهلة الاستخدام، ويمكن لأي شخص الاستفادة من ميزاتها.

سوق واجهات الدماغ-الحاسوب على وشك الارتفاع

وفقًا لأحدث تقرير من Skyquest، من المتوقع أن يشهد سوق الواجهة زيادة في الإيرادات. أظهرت البيانات أن السوق سيتوسع إلى 6.18 مليار دولار بحلول عام 2030. يمثل هذا النمو معدل نمو سنوي مركب (CAGR) قدره 17.16٪ للسنوات القادمة. يأتي هذا النمو من عدة قطاعات بما في ذلك الاستخدام المتزايد في الصناعات الطبية، والألعاب، والترفيه.

كشف نفس الدراسة كيف تعزز الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة هذه التقنية إلى آفاق جديدة. مكنت هذه الخوارزميات الأنظمة من التعلم للقيام بالمزيد وتحسين الدقة. والأهم من ذلك، كلما زادت البيانات المستلمة، تحسّن الأداء. وبالتالي، فإن سوق الواجهة يتجه نحو نمو كبير.

مشكلات واجهات الدماغ-الحاسوب

يبدو مفهوم الواجهة رائعًا على الورق، لكن فك شيفرة موجات الدماغ أصعب بكثير مما يتصور المرء. خاصةً عندما نأخذ في الاعتبار أن غالبية العمل يجب أن يتم بطريقة غير غازية. لن يكون الجمهور مرتاحًا لوجود عدد كبير من المرضى المصابين بزرعات شرائح دماغية فاشلة.

الواجهات غير الغازية هي الخيار الأفضل. فهي سهلة التكامل ومتاحة عالميًا للاستخدام حتى من قبل الأفراد ذوي الإعاقات الشديدة. اليوم، تقيس الواجهات غير الغازية نشاط موجات الدماغ خارج الجمجمة. هذه الطبقة الإضافية من التداخل تقلل من دقة هذه الأجهزة بشكل كبير، مما يؤدي إلى معدلات خطأ أعلى مقارنةً بالخيارات الغازية.

الدراسة

تكشف الدراسة، “الموجات فوق الصوتية المركزة عبر القحف إلى V5 تعزز واجهة الدماغ-الحاسوب لحركة البصر البشري عبر تعديل الانتباه القائم على المميزات”، أن التعديل العصبي المستهدف بالموجات فوق الصوتية يمكنه تحسين قدرات التواصل الدماغي باستخدام الواجهات غير الغازية. أراد الباحثون اختبار ما إذا كانت الموجات فوق الصوتية المركزة عبر القحف (tFUS) المدمجة مع تخطيط الدماغ الكهربائي عالي الكثافة (EEG) وتصوير المصدر (ESI) يمكن أن تحسن الأداء وتوفر القدرة على إجراء اتصالات ثنائية الاتجاه.

الباحثون

قدّم التقرير باحثون من جامعة كارنيجي ميلون بقيادة بن هي. قضى فريقه سنوات في البحث وتطوير وتحسين تقنية الواجهة. يختص الباحثون بشكل خاص في الواجهات غير الغازية، مما يجعلهم المجموعة المثالية لإجراء هذه الدراسة.

ومن الجدير بالذكر أن الدراسة حصلت على دعم كبير من مبادرة NIH’s The BRAIN ومبادرة Helping to End Addiction Long-term (NIH HEAL Initiative). قدمت هذه المجموعات دعمًا ماديًا وماليًا لضمان حصول الباحثين على جميع الأدوات اللازمة. ستُستخدم البيانات الآن لتعزيز مجموعة متنوعة من الدراسات العلمية الضرورية.

الاختبار

قدمت مرحلة الاختبار في الدراسة 25 مشاركًا تم تزويدهم بغطاء EEG مُصمم خصيصًا. صُمم الغطاء لالتقاط وتسجيل موجات الدماغ التي تُرسل بعد ذلك إلى خوارزمية ذكاء اصطناعي للمعالجة. يستخدم النظام خوارزميات التعلم العميق لفك تشفير الموجات وتحسين الأداء مع توسع خبراته.

كان لدى المشاركين مهمتان رئيسيتان. المهمة الأولى كانت التحكم في ذراع روبوتية. تمكن جميع المشاركين من تحريك اليد الميكانيكية بنجاح باستخدام عقولهم فقط. الاختبار التالي كان يتضمن استخدام ملّاح BCI. يُستخدم الملّاح عادةً من قبل الأفراد ذوي الإعاقة لتحسين التواصل.

النتائج

كانت نتائج الدراسة مبهرة. تمكن المشاركون من تحريك الذراع الروبوتية بسهولة. نجحت خوارزمية الذكاء الاصطناعي في ترجمة وفك تشفير نشاط الدماغ إلى مهام ذات صلة في الوقت الفعلي. ثم قام الجهاز بترميز إشارة عودة، مما أخبر الفرد بأن المهمة انتهت. كان هذا التواصل الثنائي الاتجاه أولًا لهذه التقنية، مما يمثل علامة فارقة كبرى في التطوير.

أبرزت البيانات أن tFUS حسّن الأداء بشكل كبير لأجهزة EEG القابلة للارتداء. تمكنت الأجهزة من التقاط نشاط الدماغ بشكل أفضل مما خفّض الخطأ في مهمة ملّاح BCI أيضًا. ساعدت الموجات عالية التردد على زيادة نشاطات ثيتا وألفا، ومعالجة بصرية ظهرية، وزيادة تذبذب شبكة الثيتا العصبية. حسّنت الإشارات اللاحقة التركيز.

المصدر – Carnegie Mellon

نتائج اختبار ملّاح BCI

أظهرت نتائج اختبار ملّاح BCI أن المشاركين تمكنوا من تهجئة الكلمة المطلوبة بنجاح وبثبات عندما تم تطبيق شعاع الموجات فوق الصوتية المركزة خارجيًا على القشرة البصرية للدماغ. بحث العلماء في نتائجهم واكتشفوا أن التعديل العصبي عزّز التفاعل العصبي، مما أدى إلى دقة أعلى. يمكن للمشاركين تهجئة كلمات معقدة بما في ذلك Carnegie Mellon كجزء من الاختبار. وبالتالي، قد يحسن هذا الاختراق حياة ملايين الأفراد ذوي الإعاقة على مستوى العالم.

الفوائد

قد يحقق هذا البحث فوائد جادة في الأشهر القادمة. أولاً، تساعد دراستهم على تعزيز الاستثمار والبحث في تقنية BCI. ظلّ لوحة المفاتيح كما هي منذ ظهور الحاسوب الشخصي. ستمثل BIC ترقية هائلة تفتح الباب لعصر جديد من التكنولوجيا.

أظهر الباحثون كيف أن التعديل العصبي بالموجات فوق الصوتية المركزة للدماغ يحسن قدرته على التواصل مع حساسات EEG الخارجية. الآن، سيسعى الفريق إلى صنع إصدارات أصغر من تقنيتهم يمكن استخدامها في أي مكان وبأي شخص. بالإضافة إلى ذلك، سيتوسع نموذج الذكاء الاصطناعي مع إدخال المزيد من البيانات.

حالة الاستخدام

هناك العديد من حالات الاستخدام لأجهزة BCI الحاسوبية. تخيّل التحكم في هاتفك الذكي بمجرد فكرك. بالنسبة للشخص العادي، يبدو هذا الأمر كالسحر لكن العلم ليس بعيدًا. حيث تُحدث هذه التقنية فرقًا هو عندما نتعمق في حالات الاستخدام الرئيسية لها:

الرعاية الصحية

ملايين الأشخاص حول العالم يعانون من إعاقة ولا يستطيعون التواصل أو تنفيذ مهام معقدة. يمكن أن تجعل دمج الواجهات مع الذكاء الاصطناعي الحياة أسهل كثيرًا لهؤلاء الأفراد. ستدمج هذه التقنية مع خدمات السفر الآلية لتمكين الشخص العادي من التنقل وإجراء المهام بغض النظر عن حالته الجسدية. بالنسبة لأولئك الذين يعانون من اضطرابات عصبية، فإن هذا الحل منطقي تمامًا.

الصناعة

هناك طرق لا حصر لها يمكن للواجهات من خلالها تحسين عمليات الصناعة. ستساعد هذه البروتوكولات المهندسين وغيرهم من العمال المهرة على الوصول إلى البيانات القيمة ومشاركتها في الوقت الفعلي. ستدمج هذه المعلومات مع خوارزميات الذكاء الاصطناعي القوية لتعزيز الكفاءة وتحسين النتائج حيثما كان ذلك ممكنًا.

الشركات التي قد تستفيد من هذا البحث

ستساعد الأبحاث المستمرة في مجال الواجهات على دفع تبني التقنيات الجديدة في المستقبل. على وجه التحديد، سيصبح القضاء على الحواجز التقنية أمام التبني عبر معظم الصناعات واقعًا مع انتشار الواجهات. في الوقت الحالي، إليكم بعض الشركات التي تتخذ موقعًا حكيمًا مع توسع سوق الواجهة.

1. Blackrock Neurotech

Blackrock Neurotech هي منافس رئيسي في قطاع الواجهة. تمتلك الشركة عدة منتجات متاحة للجمهور تستفيد من تقنية الواجهة. نظام MoveAgain BCI هو حل معتمد من إدارة الغذاء والدواء (FDA) يتيح للأفراد ذوي الإعاقة تحسين نطاق حركتهم، التواصل، وأكثر باستخدام الواجهات.

تتخصص Blackrock Neurotech في تقنية الواجهة الغازية. تتمتع هذه الزرعات الصغيرة بقوة إشارة ودقة أعلى مقارنةً بالتقنيات غير الغازية لأنها تتجنب التداخل القحفي. تقدم الشركة أيضًا للأفراد ذوي الإعاقة منتجًا يتيح لهم تحريك مؤشر الفأرة بأفكارهم. جميع هذه الميزات لديها القدرة على تحسين حياة الملايين.

تزداد أصول Blackrock Neurotech. حصلت الشركة على تمويل كبير من USDT (TETHER) عند الإطلاق واستخدمت ذلك لتعزيز منتجاتها وأبحاثها. أحدث منتجات الشركة يُدعى Neurolace. هذا زرع عالي الحساسية يحتوي على أكثر من 10 آلاف قناة لتوفير دقة أعلى مقارنةً بالعروض السابقة.

2. Trimble

TRMB مخطط السعر

تعتبر Trimble تقنية الواجهة إضافة أساسية لعملية البناء. تتخصص الشركة في منتجات صُممت لتعزيز صناعات الهندسة المعمارية، والهندسة، والبناء. قدمت الشركة حلول بيانات ذكية وتعاونت مؤخرًا مع Neurable، سعيًا لتقديم أدوات جديدة تعزز الأداء والإنتاجية.

سيساعد استخدام الواجهة القابلة للارتداء في هذه الصناعة على تبسيط جهود الإنشاء والتعاون في المشاريع الكبرى مستقبلًا. تحسين قدرة البنائين على التواصل حول النظريات والمفاهيم المعقدة. دمج حلول الواقع المعزز والواقع الافتراضي هو أحد الطرق القليلة التي يتغير بها مجال الهندسة. في المستقبل، سيستخدم المهندسون المدعمون بالذكاء الاصطناعي أنظمة الواجهة لتصميم أفكار جديدة تُرسل إلى محاكاة للاختبار قبل الموافقة عليها وإنشائها.

Trimble هي شركة أمريكية تقدم البرمجيات والأجهزة وقد بنت سمعة للجودة. سجل الشركة وعروضها يجعلها إضافة جيدة لأي محفظة. بالإضافة إلى ذلك، عملهم مع تقنية الواجهة لديه القدرة على إحداث ثورة في الصناعة.

تطورات أخرى ملحوظة في الواجهات

هناك العديد من التطورات والمشاريع الأخرى في مجال الواجهات التي تستحق الذكر. تستمر هذه الاختراقات التقنية في دفع الابتكار والتبني. إليكم بعض أبرز التطورات الأخيرة في الواجهات.

العسكرية الصينية

أثارت العسكرية الصينية قلقًا واسعًا بعد عرضها لواجهة BCI جديدة. تم ربط الواجهة بقرد يستخدم الجهاز للتحكم بنجاح في ذراع ميكانيكية في الوقت الحقيقي. ومن الجدير بالذكر أن الحكومة الصينية من أكبر المؤيدين لتقنية الواجهة. في الماضي، روجت لهذه التقنية كطريقة رائعة لتحسين الذاكرة، والنوم، والانتباه، ووظائف الدماغ الأخرى. الآن، ستساعد هذه التقنية على إبقاء مقاتليهم في أفضل حالة.

العسكرية الأمريكية

لعدم البقاء خلف الآخرين، شاركت العسكرية الأمريكية في تجاربها الخاصة على الواجهة. أظهرت إحدى الدراسات أن الجنود يتحكمون في كلاب روبوتية باستخدام عقولهم. وجه أحد الجنود كلبًا ميكانيكيًا عبر نقاط طريق مختلفة على خريطة. كان الجندي يستخدم منصة Microsoft (MSFT ) HoloLens.

هذه ليست أول مغامرة للجيش الأمريكي في قدرات الواجهات. في عام 2015، مكن الباحثون امرأةً ذات إعاقة من التحكم في طائرة f-35 محاكاة باستخدام إشارات الدماغ. وبالتالي، قد يصبح المستقبل الحربي أكثر عقلانية مما كان يُتصور.

مستقبل واجهات الدماغ-الحاسوب

مع تطوير الباحثين لأجهزة قياس موجات الدماغ أكثر حساسية وفعالية وأجهزة قابلة للارتداء، ستتحسن قدرات الواجهات. في المستقبل، سيتحسن معالجة الإشارة إلى جانب نماذج الذكاء الاصطناعي المتقدمة التي يمكنها ترميز نشاط الدماغ المعقد بسهولة. وبالتالي، لن يكون هناك حاجة للانتظار عندما ترغب ببساطة في بيتزا، فقبل أن تدرك ذلك، سيصل طائرة بدون طيار حاملة فطيرة ساخنة إلى باب منزلك.

واجهات الدماغ-الحاسوب قد تغير العالم

عند النظر إلى الإمكانات اللامحدودة التي تمتلكها الواجهات، يصبح من السهل تصور مستقبل يبدو فيه أن الجميع يمتلكون قوى شبه خارقة. تخيّل استخدام عقلك للتواصل، والبناء، ومشاركة الأفكار. كل هذه المهام وأكثر من ذلك قريبًا بفضل الجهود المستمرة للمهندسين المبدعين مثل أولئك من جامعة كارنيجي ميلون

يمكنك معرفة المزيد عن مشاريع البلوك تشين المثيرة هنا.