امواج مغزی کنترل اشیاء را در دست می​گیرند

دکتر در بیمارستان به او توضیح داده بود که هرچه قدر فکر او آزادتر باشد بهتر می‌تواند لباس رباتیکش را کنترل کند. بعد از سال‌های معلولیت که براثر یک تصادف به‌وجود آمده بود، این اولین روزی بود که با استفاده از ربات و فناوری کنترل امواج مغزی برای رفتن به سر کار، خود را آماده می‌کرد.

نوشته‌های بالا یک داستان تخیلی نیست، البته می‌دانم که بسیار شبیه داستان‌های تخیلی است که در فیلم‌ها و کتاب‌ها​ خوانده‌اید، برداشتن وسایل با کمک تمرکز و قدرت ذهن، فرمان دادن به ماشین‌ها فقط با یک نگاه خاص و قدرتمند و بسیاری دیگر از این داستان‌ها که در فیلم‌ها و کتاب‌ها از آن استفاده شده است. انسان هوشمند​ ابتدا با تخیلات خود زندگی می‌کند اما بعد از مدتی آن تخیل‌ها و آرزوها تبدیل به هدف‌هایی می‌شوند که انسان شب و روز برای رسیدن به آنها تلاش می‌کند، نمونه‌های بسیاری نیز از این رویاها تا به حال به حقیقت پیوسته مانند داستان پرواز، سفر به فضا و حال رویای کنترل و هدایت اجسام با کمک امواج مغزی در حال به حقیقت پیوستن است.

امواج مغزی

در مغز انسان و حیوانات سلول‌های بسیاری هستند که با فرمان‌های الکتروشیمیایی کار می‌کنند یا به‌طور ساده‌تر بگویم با ولتاژ و جریان خاصی تحریک شده و مانند یک کلید الکترونیکی دیجیتال روشن و خاموش می‌شوند و صفر و یک تولید می‌کنند. دانشمندان به آنها فرمان‌های بیوالکتریک می‌گویند، اما هر فرمان بیوالکتریک نمی‌تواند هر سلولی را روشن یا خاموش کند بلکه این فرمان‌ها باید به میزان خاصی برسند تا سلول‌های بخش مورد نظر از خود عکس‌العمل نشان دهند، همین روشن و خاموش شدن سلول‌ها در بخش‌های مختلف مغز عامل ارسال پیام، محاسبات و بسیاری از عملکردهای پیشرفته انسان است.

کتی هاتچینسون یکی از دو بیماری است که بعد از 15 سال تحمل فلج عضلانی توانست به کمک الکترودهای کوچکی به اندازه یک نخود که در مغز او کار گذاشته شده بازوی رباتیکی را با اموج ذهنی کنترل کند و خودش یک لیوان قهوه‌ را بدون کمک بنوشد.

اما انسان تا به حال شناخت کاملی از مغز خود به‌دست نیاورده است، هر سلول مغز در بین شبکه‌ای از سلول‌ها قرار گرفته و همواره از تعداد بی‌شماری از سلول‌ها، فرمان‌های بیوالکتریک دریافت و به تعداد بیشماری دیگر پالس ارسال می‌کند. به این شبکه پیچیده سلول‌ها، شبکه عصبی می‌گویند. شبکه‌ای که هنوز شناخت دقیقی از توانمندی‌های بینایی، بویایی، شنوایی و... آن در دسترس نیست. دانشمندان با بررسی امواج بیوالکتریک که مغز هنگام اعمال مختلف از خود ساطع می‌کند، به ایده کلی برای کارکرد هر بخش از مغز دست پیدا می‌کنند. هر بخش از مغز مسئولیت کنترل فرآیند خاصی را به عهده دارد، مغز انسان زمانی که انسان خواب است عملکردی متفاوت با زمان بیداری و انجام کارهای روزمره از خود نشان می‌دهد. اما در زمان انجام فعالیت‌های مختلف، بخش‌های خاصی از مغز امواج بیوالکتریک تولید می‌کنند و دانشمندان با استفاده از مجموعه الکترودهایی که با عمل جراحی در بخش‌های مختلف مغز انسان قرار می‌دهند به بررسی و آشکارسازی این امواج مغزی اقدام می‌کنند.

150 میلی ثانیه حیاتی

این تحقیقات از حدود 30 سال پیش آغاز شده و دانشمندان برای رسیدن به مدلی از چگونگی عملکرد مغز انسان و دقت بالای محاسبات آن به استفاده از میمون که ساختار مغزی مشابه انسان دارد، روی آورده‌اند. در یک آزمایش تکان‌دهنده، دانشمندان مجموعه‌ای از الکترودهای سوزنی را در مغز یک میمون کار گذاشتند و امواج مغزی میمون را هنگام انجام فعالیت‌هایی مانند خوردن، آشامیدن، برداشتن اشیا و... بدقت بررسی کردند. در مرحله بعد سعی کردند میمونی را که دست و پایش روی صندلی بسته شده بود آموزش دهند تا بتواند با کمک فرمان‌های ذهنی خود، بازویی رباتیک را به حرکت درآورده و از آن مانند دست‌واقعیش کار بکشد.

در این آزمایش برای هدایت بازوی رباتیک از پردازنده‌های مرکزی استفاده نشده بود، بلکه فقط با جمع‌آوری و ارسال فرمان‌های مغزی میمون، ربات به کار افتاده بود. البته آموزش میمون برای استفاده از یک شیء خارجی به جای دست، خود مبحثی طولانی و وقت‌گیر بوده است.

امواج مغزی براثر فرآیندهای شیمیایی در سلول‌ها به‌وجود می‌آیند و بسیار ضعیف هستند. این ویژگی خاص الکترودها​ست که با مقاومت الکتریکی بسیار بالا می‌توانند اختلاف پتانسیل کم ایجاد شده توسط سلول‌ها را با محیط اطراف آشکار کنند.

امروزه حدود صد تا 150 میلی‌ثانیه زودتر از آن‌که میمون یا انسان بخواهد به سمت خاصی حرکت کند سمت و سوی حرکت آن توسط این فناوری قابل تشخیص است، زیرا فرمان‌ها تا از مغز صادر شده، به نخاع رفته، به سیستم عصبی مثلا دست رسیده و ماهیچه‌ها با انقباض و انبساط فرمان را اجرا ​کنند ، حدود 150 میلی ثانیه طول می‌کشد. ولی در این فناوری به‌دلیل دریافت مستقیم فرمان از مغز توسط الکترودها، ربات‌ها 150 میلی‌ثانیه جلوتر از اندام زنده می‌توانند عکس‌العمل نشان دهند و این برای یک سرباز مجهز به بازوی رباتیک حکم مرگ و زندگی را دارد.

امروزه دپارتمان‌های مهندسی‌پزشکی، رباتیک، مکاترونیک، کنترل و هوش مصنوعی در مراکز تحقیقاتی سراسر دنیا و ایران، تحقیقات بسیاری روی ربات‌ها، میمون‌ها و در چند سال اخیر نمونه‌های داوطلبی از بیماران مبتلا به فلج عضلانی و معلولان انجام داده‌اند. اکنون بزرگ‌ترین مشکل در سر راه این فناوری، استفاده از الکترودهایی است که باید با جراحی در مغز جاسازی شوند. سیم خارج شده از این الکترودها به ربات وصل می‌شود تا کنترل آن را به مغز جانور مورد آزمایش یا بیمار معلول بسپارد.

کتی هاتچینسون، همان بیماری که بعد از 15 سال تحمل فلج عضلانی توانست به کمک الکترودهای کوچکی که در مغز او کار گذاشته شده، بازوی رباتیکی را با امواج ذهنی خودکنترل کند، می‌گوید که باوجود اتصال الکترودها در داخل مغزش و آن همه سیمی که اطرافش را احاطه کرده است، مشغول تجربه زندگی نوینی است که از آن لذت می‌برد.

تحقیقات در ایران

این فناوری هنوز قابلیت دائم و تجاری شدن ندارد زیرا نمی‌شود بیماری با شکاف و الکترودهای متصل به مغز را به درون جامعه فرستاد. استفاده از امواج مغزی، زندگی معلولان، سالمندان و افراد کم‌توان را متحول خواهد کرد و در سال‌هایی نه‌چندان دور معلولانی که فلج هستند می‌توانند مانند انسان‌های سالم رانندگی کرده و امور خود را مدیریت کنند. یکی از مراکز تحقیقاتی فعال ایران در این بخش، مرکز فناوری عصبی ایران در دانشگاه علم و صنعت است که با دارا بودن امکانات مجهز و استادانی که سال‌های بسیاری در این موارد پژوهش انجام داده‌اند در حال ساخت و تحقیق بسیاری از این مدل فناوری‌ها برای کمک به معلولان است. آزمایشگاه‌هایی مانند آزمایشگاه کنترل سیستم‌های عصبی و عضلانی، آزمایشگاه سیستم‌های واسط مغز و کامپیوتر و آزمایشگاه مهندسی عصبی از آزمایشگاه‌های فعال در این مرکز است که دانشجویان ارشد و دکتر​ی مهندسی پزشکی در آن مشغول تحقیق هستند، اگر به سایت این مرکز سری بزنید نمونه‌هایی از بیماران و تحقیقات در این بخش را مشاهده خواهید کرد.

استفاده از امواج مغزی، زندگی بشر را متحول و چهره زندگی ما را دگرگون خواهد کرد. در سال‌هایی نه چندان دور نه‌تنها شاهد معلولان دچار فلج کاملی خواهیم بود که به کمک ربات‌ها زندگی خود را سامان می‌دهند، بلکه افراد عادی جامعه را نیز خواهیم دید که با فکر کردن، در پارکینگ را باز می‌کنند، خودروی خود را هدایت می‌کنند یا در ذهنشان با رفیقی در آن سوی سیاره زمین ​ صحبت می‌کنند.

آریا صبوری / جام جم