کامپیوتر آی تی اینترنت موبایل

 به نيروي بالقوه‌اي بينديشيد كه مي‌تواند دستگاه‌ها‌ يا رايانه‌ها را بدون نياز به هيچ چيز و فقط با فكر كنترل كند. اين فقط براي راحتي افراد ناتوان نيست بلكه ايجاد واسط بين مغز و رايانه (brain-computer interface) كه به اختصار BCI گفته مي‌شود، مي‌تواند مهم ترين پيشرفت غيرمنتظره تكنولوژي در دهه‌هاي اخير باشد.

نحوه كار BCI به چگونگي عملكرد مغز ما برمي‌گردد. مغز ما پر از نرون است؛ سلول‌هاي عصبي به‌سيله دندريت‌ها‌ و آكسون‌ها ‌با يكديگر ارتباط دارند. هرگاه كه ما فكر، حركت يا حس مي‌كنيم يا چيزي را به خاطر مي‌آوريم، نرون‌هاي ما درحال كار هستند. اين كار توسط سيگنال‌هاي الكتريكي كوچكي انجام مي‌شود كه با سرعتي برابر 250 مايل بر ساعت ـ حدود km‌/‌h 156 ـ از نروني به نرون ديگر حركت مي‌كنند [منبع: Walker]. اين سيگنال‌ها با انرژي الكتريكي متفاوت توسط يون‌ها روي غشاي هر نرون توليد مي‌شوند.

اگرچه مسير اين سيگنال‌ها با ميلين(myelin) عايق‌بندي شده است، اما بعضي از سيگنال‌هاي الكتريكي مي‌گريزند. دانشمندان مي‌توانند اين سيگنال‌ها را پيدا كنند، آنها را تفسير كرده و براي كنترل بعضي از دستگاه‌ها استفاده كنند. براي مثال، محققان مي‌توانند تشخيص دهند كه چه سيگنال‌هايي هنگام ديدن رنگ قرمز به وسيله عصب بينايي براي مغز ارسال مي‌شود. آنها مي‌توانند دوربيني را بسازند كه هنگام مشاهده رنگ قرمز سيگنال مشابهي به مغز ارسال كند تا فرد رنگ قرمز را بدون استفاده از چشم‌ها ببيند.

امروزه يكي از بزرگ‌ترين چالش‌هاي پيش‌روي دانشمندان در مورد واسط بين مغز و رايانه، مكانيزم اصلي اين واسط است. آسان‌ترين و  كم‌تهاجم‌ترين روش، استفاده از يك دسته الكترود ـ دستگاه ثبت امواج الكتريكي مغز به وسيله برق (electroencephalograph) (EEG) ـ روي پوست سر است. اين الكترودها مي‌توانند سيگنال‌هاي مغز را بخوانند. البته جمجمه مانع رسيدن بسياري از سيگنال‌هاي الكتريكي به الكترودها مي‌شود، كه اين باعث كج فهمي سيگنال‌هاي دريافتي است.

براي دريافت سيگنالي با وضوح بالاتر، دانشمندان مي‌توانند الكترودهايي را مستقيما در سلول‌هاي خاكستري مغز يا روي سطح مغز، زير جمجمه قرار دهند. اين كار اجازه مي‌دهد تا سيگنال‌هاي بيشتري را مستقيما دريافت كنيم و همچنين اجازه مي‌دهد تا الكترودها را در محل خاصي از مغز كه سيگنال‌هاي مناسب را توليد مي‌كند، قرار دهيم. اين شيوه مشكلات بسياري دارد ؛ چرا كه براي اين كار نياز به يك عمل جراحي است تا الكترودها درون مغز قرار گيرند، به همين دليل دستگاه براي مدت طولاني درون مغز مي‌ماند كه باعث ايجاد زخم در ماده خاكستري مغز مي‌شود. در نهايت اين بافت زخم مانع عبور سيگنال‌ها مي‌شود.

صرف نظر از محل الكترودها، ساز و كار اصلي همان است: الكترودها تفاوت جزئي ولتاژ بين نرون‌ها را اندازه‌گيري مي‌كنند، سپس سيگنال تقويت و فيلتر مي‌شود. در سيستم‌هاي BCI فعلي، اين سيگنال توسط برنامه رايانه تفسير مي‌شود.

در مورد يك ورودي حسي BCI، عملكرد معكوس است. رايانه تصويري را كه به وسيله دوربين ويدئويي ديده شده است به سيگنال‌هايي با ولتاژ مناسب تبديل مي‌كند. سيگنال‌ها به ايمپلنتي كه به محلي مناسب در مغز قرار دارد ارسال مي‌شوند و اگر همه چيز درست كار كند، نرون‌ها شروع به ارسال سيگنال مي‌كنند تا تصويري نظير آنچه دوربين ديده است دريافت شود.

راه ديگر براي اندازه‌گيري فعاليت مغز استفاده از MRI است. دستگاه MRI بزرگ و پيچيده است. اين دستگاه تصوير بسيار دقيقي از فعاليت‌هاي مغز ارائه مي‌كند ؛ اما نمي‌توان آن را به عنوان بخش دائمي BCI استفاده كرد. محققان آن را براي گرفتن معيارهايي درباره عملكرد خاصي از مغز يا پيدا كردن محل مناسب براي نصب الكترودها به كار مي‌گيرند. براي مثال، اگر محققان بخواهند در مغز شخصي اين الكترودها را قرار دهند تا او بتواند دست مصنوعي خود را با فكر كردن كنترل كند، از MRI استفاده مي‌كنند. آنها شخص مورد نظر را در MRI قرار مي‌دهند و از او مي‌خواهند تا درباره حركت دادن يك دست واقعي فكر كند. MRI نشان خواهد داد كه كدام بخش مغز هنگام حركت دست فعال است و محل مناسب براي نصب الكترودها كجاست.

تا مدت‌ها اين‌گونه تصور مي‌شد كه مغز افراد بالغ، ديگر دچار تغيير و تحول نمي‌شود. در دهه 1990، دانشمندان نشان دادند كه مغز انسان حتي در سن پيري نيز قابل تغيير است. اين مفهوم، كه غشاي انعطاف‌پذير(cortical plasticity) ناميده مي‌شود، به اين معناست كه مغز مي‌تواند به صورت شگفت‌آوري با شرايط محيطي جديد سازگار شود. چنانچه يك فرد بالغ دچار ضربه مغزي شود، قسمت‌ها‌ي ديگر مغز مي‌تواند كارهاي مربوط به بخش آسيب ديده را انجام دهد. چرا اين موضوع براي BCI مهم است؟ اين به آن معناست كه شخص مي‌تواند ياد بگيرد BCI را كنترل كند، مغزش ارتباطات جديدي ايجاد مي‌كند و نرون‌هاي جديدي را به كار مي‌گيرد. در جايي كه از ايمپلنت استفاده مي‌شود، مغز مي‌تواند اين جسم خارجي را بپذيرد و ارتباط تازه‌اي ايجاد كند تا ايمپلنت به عنوان قسمتي از دستگاه عصبي مغز كار كند.

اكنون ما اصول پايه‌اي را كه در پشت BCIها وجود دارند مي‌دانيم، همچنين مي‌دانيم كه آنها كاملا درست كار نمي‌كنند. دلايل متعددي براي اين موضوع وجود دارد.

1ـ مغز به صورت باور نكردني پيچيده است. اين كه گفته شود تمام افكار و فعاليت‌هاي ما ناشي از سيگنال‌هاي الكتريكي ساده‌اي است، يك كتمان حقيقت خواهد بود. در مغز انسان حدود 100 بيليون ـ يك با بيست صفر در جلوي آن ـ نرون وجود دارد. هر نرون دائما درحال ارسال و دريافت سيگنال‌هايي است كه شبكه ارتباطي پيچيده‌اي را طي كرده‌اند.

2ـ سيگنال‌ها ضعيف و مستعد ايجاد تداخل هستند. EEG ـ دستگاه ثبت امواج الكتريكي مغز ـ ولتاژهاي كم را اندازه‌گيري مي‌كند. چيزي بسادگي پلك زدن مي‌تواند سيگنال‌هايي بسيار قوي توليد كند. پالايش EEG‌ها و ايمپلنت‌ها شايد بتواند اين مشكل را تا حدي در آينده حل كند، اما اكنون خواندن سيگنال‌هاي مغزي مانند گوش كردن يك ارتباط تلفني بد است.

3ـ تجهيزات چندان قابل حمل نيستند. البته اين بهتر از كار كردن با رايانه‌هاي غول‌پيكر اوليه است. اما هنوز بعضي از BCI‌ها به تجهيزات ارتباط سيمي نياز دارند و آنهايي كه بي‌سيم هستند نياز به يك رايانه 10 پوندي ـ حدود 5‌/‌4 كيلوگرم ـ دارند. مانند تمام تكنولوژي‌ها، يقينا اين فناوري در آينده بي‌سيم و قابل حمل‌تر مي‌شود.

چند شركت در زمينه BCI پيشگام هستند. بيشتر آنها، اكنون در مرحله تحقيقات‌اند، اگرچه چند محصول تجاري ارائه شده است.

1ـ سيگنال‌هاي عصبي يك فناوري پيشرفته براي بازگرداندن توانايي حرف زدن به افراد معلول است. ايمپلنتي كه در منطقه مربوط به سخن گفتن مغز قرار دارد مي‌تواند سيگنال‌ها را براي رايانه و بعد از آن براي بلندگو ترجمه كند. با آموزش، فرد ياد مي‌گيرد كه به هر 39 واج انگليسي بينديشد و سخنان او توسط رايانه و بلندگو باز‌آفريني شود.

2ـ ناسا درحال تحقيق درباره سيستم مشابهي است، البته ناسا سيگنال‌ها را به جاي دريافت مستقيم از مغز، از اعصاب دهان و گلو دريافت مي‌كند. آنها در انجام جستجوي وب در گوگل با استفاده از تايپ ذهني كلمه «ناسا» موفق بوده‌اند.

3ـ Cyberkinetics واسط عصبي است كه به معلولان اجازه مي‌دهد صندلي چرخدار، اعضاي مصنوعي يا مكان نماي رايانه را به صورت ذهني كنترل كنند. BCI هنوز در اول راه است. مي‌توان با اين فناوري آينده‌اي را تصور كرد كه در آن افراد معلول قادر خواهند بود زندگي طبيعي داشته باشند و براي افراد عادي كنترل بسياري از دستگاه‌ها فقط با نيروي ذهن امكان‌پذير باشد.