یکی از سخت‌ترین بخش‌ها در فرآیند وصل کردن بافت نرم و چسبناک مغز به کامپیوتری سخت و سرد که فقط صفر و یک می‌فهمد، این است که چگونه اطلاعات را از استخوان سخت و ضخیم جمجمه عبور دهیم. در واقع، هدف جمجمه همین است که مغز را از خطر ارتباطات بیرونی در امان نگه دارد.

مغز ماهیت پیچیده‌ای دارد و بسیاری از جنبه‌های آن هنوز برای ما ناشناخته است. بسیاری از طریق تفسیر و تحلیل سعی دارند بفهمند که در داخل مغز چه می‌گذرد. محققان با مشاهده فرمان‌هایی که از مغز به اعضای بدن داده می‌شود سعی در رمزگشایی آن دارند. حرف زدن یا حرکت اختیاری از جمله فرامینی است که از سوی مغز به ماهیچه‌ها می‌رسد و رفتارهای ما را شکل می‌دهند. این موضوع یکی از چالش‌هایی است که در زمان وقوع صدمات یا بیماری‌هایی که مانع از حرکت یا تکلم افراد می‌شوند خودش را نشان می‌دهد.

فناوری‌های پیچیده تصویرسازی نظیر رزونانس مغناطیسی وظیفه‌مند می‌توانند سرنخ‌هایی را درباره این موضوع به ما ارائه کنند. ولی اگر راهکار مستقیم‌تری در دسترس باشد خیلی راحت‌تر می‌شود به پاسخ سوالات دست یافت. متخصصان فناوری دهه‌هاست که در تلاش‌اند تا رابطی میان مغز و کیبوردهای کامپیوتری یا بازوهای رباتیک ایجاد کنند. آن‌ها در حقیقت می‌خواهند بافت مغزی را به زبان سیلیکون تجهیز نمایند.

چهارشنبه هفته پیش گروهی از محققان و مهندسان رویکردی نویدبخش را در این حوزه از تحقیقات به نمایش گذاشتند. در این رویکرد الکترودها روی لوله‌ای فنری و بسط‌پذیر موسوم به استنت (Stent) سوار شده و از طریق رگ‌های خونی به مغز می‌رسند. محققان در آزمایش روی دو نفر این الکترودهای استنتی را در رگ گردن افراد قرار داده و آن را به سمت رگی که نزدیک قشر حرکتی اولیه قرار دارد فرستادند. الکترودها در آن‌جا به دیواره رگ چسبیده و تشخیص فرمان‌های مغز در هنگام صدور فرمان‌های حرکتی را آغاز کردند. این سیگنال‌های مغزی از طریق یک فرستنده مادون قرمز که درون سینه افراد جراحی و کار گذاشته شده بود، به‌صورت بی‌سیم برای کامپیوتر ارسال می‌شد.

محققان استرالیایی و آمریکایی این آزمایش در مقاله‌ای در ژورنال NeuroInterventional Surgery توضیح دادند که سوژه‌های این آزمایش، که به خاطر اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) یا «بیماری لو گهریگ» عملا فلج بودند، چگونه با کمک این دستگاه توانستند صرفا از طریق کنترل‌های مغزی به‌صورت آنلاین برای یکدیگر متن بفرستند و با هم حرف بزنند.

توماس آکسلی، عصب‌شناس و مدیرعامل شرکت Synchron، شرکتی که امیدوار است بتواند این فناوری را تجاری‌سازی کند، می‌گوید: «فناوری استنت خودبسط‌دهنده پیش‌تر خود را درمان بیماری‌های قلبی و عصبی اثبات کرده است. ما فقط از این فناوری استفاده کرده و روی آن الکترود قرار داده‌ایم. [فناوری ما] به طور کامل قابل کاشت است. بیماران ظرف چند روز پس از جراحی می‌توانند به خانه بروند و بلافاصله از این فناوری استفاده کنند.»

با این حال، شرکت‌کنندگان این تحقیق می‌بایست از داخل خانه سیستم خود را آموزش می‌دادند. الکترودهای روی استنت قادرند سیگنال‌ها را از مغز دریافت کنند، اما این الگوریتم‌های یادگیری ماشینی هستند که باید تشخیص بدهند هر سیگنال بیانگر چه فرمانی است. با گذشت چند هفته هر دو بیمار توانستند نشانگر موس را با ردیاب چشم تکان داده و با سیگنال‌های مغزی روی موس کلیک کنند. این اتفاق شاید چندان خارق‌العاده به نظر نرسد، اما به این دو نفر اجازه داد تا برای یکدیگر متن بفرستند، خرید آنلاین انجام دهند و به کارهای روزمره زندگی دیجیتالی خود بپردازند.

قدم بعدی چیست؟

سازمان غذا و داروی آمریکا هنوز این فناوری را که تحت عنوان استنترود (Stentrode) معرفی می‌شود، برای استفاده وسیع تایید نکرده است. این شرکت هم همچنان به دنبال جذب سرمایه است تا آزمایش‌های بیشتری انجام دهد، اما همین نتایج اولیه نشان می‌دهد که بالاخره نوعی از رابط میان مغز و کامپیوتر به وجود آمده است. سیگنال‌هایی که از مغز برداشته می‌شود مملو از اطلاعات نیست. در حال حاضر، استنترود فقط بخشی از اطلاعات را دریافت می‌کند؛ مثلا یا کلیک موس را می‌فرستد یا عدم کلیک آن را. این روش احتمالا برای برخی کارها کافی خواهد بود. آکسلی می‌گوید: «بحث‌های زیادی درباره داده و کانال‌های ارتباطی وجود دارد، [ولی] آن‌چه واقعا اهمیت دارد این است که آیا محصول یادشده زندگی بیماران را تغییر می‌دهد؟ ما با چند خروجی ساده اختیار کنترل ویندوز ۱۰ را در دست بیمار قرار دادیم.»

اخیرا رابط‌های جاه‌طلبانه‌تری برای ارتباط میان مغز و کامپیوتر در اخبار مشاهده شده‌اند. ماه گذشته، ایلان ماسک با شرکت نورالینک رابط مغز به کامیپوتر بی‌سیمی را به نمایش گذاشت که بیش از هزار الکترود منعطف داشت و این الکترودها با یک ربات ویژه درون مغز کار گذاشته می‌شد. البته این شرکت فعلا فقط مصارف کوتاه مدت این فناوری بر روی خوک‌ها را نشان داده است.

کارگذاری الکترودها کار پیچیده‌ای است، و اگرچه که جراحی مغز امروزه دیگر به اندازه قبل عجیب نیست، ولی انجام آن به دست ربات‌ها یا انسان‌ها ریسک‌های خاص خودش را دارد. حتی الکترودهایی با نازکی و میزان انعطاف‌پذیری الکترودهای نورالینک هم می‌توانند آن‌قدر متخاصم باشند که مغز را به واکنش دفاعی وادار کنند. در این صورت لایه‌ای از سلول‌های گلیال روی آن‌ها را پوشانده و ممکن است کارکرد مدنظر این فناوری را کاهش دهد.

با وجود این‌که الکترودهای رایج‌تری مثل «آرایه یوتا» می‌توانند سیگنال‌های واضحی از نورون‌های منفرد را دریافت کرده و منظور آن‌ها را بفهمند، ولی این حوزه از علم هنوز در مرحله تحقیقات قرار دارد. افزون بر این، مغز ماننده ژله تکان می‌خورد، به همین خاطر الکترودهای ثابت می‌توانند به آن آسیب بزنند.

الکترودهایی که به‌شکل مستقیم داخل پوست سر کار گذاشته می‌شوند می‌توانند امواج مغزی یا EEG را دریافت کنند، ولی این الکترودها قادر به دریافت جزئیاتی مشابه رقبای خود نیستند. عصب‌شناسان به‌طور تقریبی می‌دانند که هر بخش از مغز چه کاری انجام می‌دهد، اما هرچه دقیق‌تر بدانید که کدام نورون‌ها مسئول ارسال سیگنال‌ها هستند، راحت‌تر می‌توانید محتوای سیگنال‌ها را رمزگشایی کنید.

یکی از ابداعات نسبتا جدید حوزه عصب‌شناسی الکتروکورتیکوگرافی (ECoG) نام دارد که در آن بافتی از الکترودها به‌طور مستقیم روی سطح مغز کار گذاشته می‌شود. این روش در ترکیب با پردازش طیفی هوشمندِ سیگنال‌های دریافتی می‌تواند تا حد خوبی رفتارهای قشر حرکتی مغز را که کنترل‌کننده لب، فک و زبان است، ترجمه کند.

روشی جذاب با نقصان‌های مشخص

اگر استنترود به دریافت نتایج امیدوارکننده خود ادامه دهد، می‌تواند جایگاه مناسبی میان الکترودهای کاشتنی و EEG پیدا کند. منتها این فناوری هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد. ویکاش گیلیجا، مدیر آزمایشگاه Translational Neural Engineering در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو، می‌گوید: «هسته این فناوری و ایده آن بسیار جذاب است، اما با توجه به محلی که آن‌ها می‌خواهند از آن‌جا سیگنال‌ها را دریافت کنند، انتظار دارم که سیگنال‌هایی با وفاداری کمتر نسبت به سایر رابط‌های مغز به ماشین به دست آید. ما حداقل می‌دانیم که داده‌های پرتراکم دریافتی ECoG از سطح مغز نسبت به چیزی که در این مقاله نشان داده شده بیشتر است.»

یکی از مشکلات این روش این است که بافت مغزی از طریق تکانه‌های الکتریکی عمل می‌کند، اما الکترودهای استنت سیگنال‌ها را به واسطه سلول‌های موجود در رگ از مغز می‌گیرند. این اتفاق محتوای سیگنال‌ها را کاهش می‌دهد. با این حال، برای کسی که دچار از کار افتادگی شده و نمی‌خواهد چیزی از داخل جمجمه‌اش عبور داده شود، این روش همچنان راهی ساده برای ایجاد حداقل ارتباط میان مغز و کامپیوتر است.

اندرو پروزینسکی، عصب‌شناس دانشگاه وسترن کانادا، می‌گوید: «باید سبک و سنگین کرد که می‌خواهید روش مورد استفاده شما تا چه اندازه تهاجمی باشد و چقدر اطلاعات دریافت کنید. این روش حد وسط را در نظر گرفته و لوله‌ای را به فرستنده عصبی نزدیک می‌کند. البته این روش هم در نوع خود متخاصم است اما قطعا به اندازه روش کاشت الکترود در مغز تهاجمی نیست.»

قدرت‌های پردازشی مغز باید آزاد شوند

فناوری استنترود هنوز به تلاش و آزمایش‌های بیشتری نیاز دارد. آکسلی و تیمش امیدوارند که تحقیق خود را روی افراد بیشتری آزمایش کنند. آن‌ها به‌دنبال اثرات جانبی احتمالی هستند و شرایط را به دقت زیر نظر می‌گیرند. حتی شاید محل‌های دیگری را برای کارگذاری استنت‌ها انتخاب کنند که از نقاط متفاوتی به مغز دسترسی داشته باشد. آکسلی می‌گوید هر رگی که دارای قطر حداقل ۲ میلی‌متری باشد می‌تواند برای این کار مناسب باشد.

از سوی دیگر نرم‌افزار هم باید بهینه‌سازی شود تا بهتر بتواند فرمان‌های مغز را تشخیص دهد. آزمایش‌های این گروه نشان می‌دهد که سیستم آن‌ها قادر است جزئیات مفیدتری را دریافت کرده و حتی تشخیص بدهد که کدام ماهیچه توسط کاربر انتخاب شده است. در انتهای این مسیر می‌توان امیدوار بود که کنترل‌های بیشتری، فراتر از ویندوز ۱۰، در اختیار کاربر قرار بگیرد.

آکسلی می‌گوید: «در حال حاضر مداوای کسانی که دچار فلج شده‌اند از طریق سیستم حرکتی انجام می‌گیرد. ولی زمانی که ارتباط با سایر بخش‌های مغز را شروع کنیم، خواهید دید که فناوری چگونه می‌تواند قدرت پردازشی مغز را آزاد کند.» پیش‌بینی آینده فناوری‌های این چنینی دشوار است، اما اگر محققان بتوانند به سازوکارهای درون مغز انسان دست پیدا کنند، فرصت استفاده از این قابلیت‌ها بی‌شمار خواهد بود.