شبکه عصبی مصنوعی برای حل مشکلات مغزی/ پیش به سوی نسل جدید سیستم‌های ارتباطی

نوع جدیدی از سیستم رابط عصبی که فعالیت صدها حسگر کوچک مغزی را در شبکه عصبی مصنوعی هماهنگ می‌کند؛ می‌تواند قابلیت درک مغز را عمیق کرده و به درمان‌های جدید پزشکی کمک کند.

به گزارش شبکه خبری تهران نیوز؛ رابط‌های مغز و کامپیوتر (BCI) ابزارهای کمکی نوظهوری هستند که ممکن است روزی به افراد مبتلا به آسیب مغزی یا نخاعی برای حرکت یا برقراری ارتباط کمک کنند. سیستم‌های BCI مبتنی بر سنسورهای قابل کاشتی هستند که سیگنال‌های الکتریکی را در مغز ثبت می‌کند و از این سیگنال‌ها برای هدایت دستگاه‌های خارجی مانند کامپیوتر یا پروتزهای روباتیک استفاده می‌نماید.

اکثر سیستم‌های BCI فعلی از یک یا دو سنسور برای نمونه‌برداری چند ۱۰۰ نورون استفاده می‌کنند؛ اما دانشمندان علوم اعصاب به سیستم‌هایی علاقه‌مند هستند که قادر به جمع‌آوری داده‌ها از گروه‌ سلول‌های مغزی بزرگتر در شبکه عصبی مصنوعی باشند.

در حال حاضر تیمی از محققان گامی کلیدی را در جهت ایجاد یک مفهوم جدید برای سیستم BCI آینده برداشته‌اند. در این سیستم جدید، شبکه‌ای هماهنگ از حسگرهای عصبی میکروسکوپی مستقل و بی‌سیم(هر کدام به اندازه یک دانه نمک)، برای ثبت و تحریک فعالیت مغز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مسیر BCI آینده همواره شد

در این سیستم‌ها از سنسورهایی به نام نوروگرین(neurogenins) استفاده می‌شود که به طور مستقل پالس‌های الکتریکی حاصل از شلیک نورون‌ها را ثبت کرده و سیگنال‌ها را به صورت بی‌سیم به یک ناحیه مرکزی ارسال می‌کنند که سیگنال‌ها را هماهنگ و پردازش می‌کند.

در تحقیقی که در اواسط آگوست در «نیچر الکترونیکس» (Nature Electronics) منتشر شد تیم تحقیقاتی از ۵۰ نوروگرین مستقل برای ثبت فعالیت عصبی در جوندگان استفاده کرد.

به گفته محققان این نتایج گامی به سوی سیستمی است که روزی می‌تواند ضبط سیگنال‌های مغزی را با جزئیات بی‌سابقه‌ای مقدور سازد و به بینش جدیدی در مورد نحوه عملکرد مغز و درمان‌های جدید برای افرادی که دچار آسیب مغزی یا نخاعی هستند منجر شود.

شبکه عصبی مصنوعی برای حل مشکلات مغزی/ پیش به سوی نسل جدید سیستم‌های ارتباطی

تاکنون اکثر BCI‌هایی که برای مغز ساخته شده است دستگاه‌هایی یکپارچه بوده‌اند.

رابط‌های غیریکپارچه مغز و کامپیوتر

آرتو نورمیکو(Arto Nurmikko)، استاد دانشکده مهندسی و نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: «یکی از چالش‌های بزرگ در زمینه رابط‌های مغز و کامپیوتر، روش‌های مهندسی برای بررسی نقاط مغز است. تاکنون اکثر BCI‌ها دستگاه‌هایی یکپارچه بوده‌اند. ایده تیم ما این بود که آن سیستم یکپارچه را به سنسورهای کوچکی تقسیم کنیم که می‌توانند در قشر مخ توزیع شوند. این همان چیزی است که ما توانسته‌ایم اینجا انجام دهیم.»

این تیم که شامل متخصصان کالج براون، دانشگاه بایلور، دانشگاه کالیفرنیا در سن دیگو و کوالکام است، کار توسعه این سیستم را حدود ۴ سال پیش آغاز کرد. بخش اول این پروژه نیاز به کوچک کردن وسایل الکترونیکی پیچیده‌ای داشت که در تشخیص، تقویت و انتقال سیگنال‌های عصبی به تراشه‌های ریز سیلیکونی نوروگرین نقش مهمی را ایفا می‌کردند. این تیم ابتدا قطعات الکترونیکی را بر روی کامپیوتر طراحی و شبیه‌سازی کرد و چندین بار ساخت و تولید تراشه‌های عملیاتی را به انجام رساند.

دومین چالش ایجاد مرکز ارتباطات خارجی بدن بود که سیگنال‌ها را از تراشه‌های کوچک دریافت می‌کرد. این دستگاه نازک تقریباً به اندازه یک انگشت است که به پوست بیرون جمجمه متصل می‌شود. این دستگاه مانند یک برج مینیاتوری تلفن همراه عمل می‌کند و از پروتکل شبکه‌ای برای هماهنگ‌سازی سیگنال‌های‌های عصبی استفاده می‌کند که هر کدام آدرس مخصوص به خود را دارند. این سیستم همچنین به صورت بی‌سیم انرژی منبع عصبی را تأمین می‌کند که برای کار با حداقل مقدار برق طراحی شده است.

جیحون لی (Jihun Lee)، محقق فوق دکتری در کالج براون می‌گوید: «این کار یک چالش بزرگ و عملیاتی بین‌رشته‌ای بود. ما باید در زمینه الکترومغناطیس، ارتباطات رادیویی، طراحی مدار، ساخت و علم عصب‌شناسی برای طراحی و کارکرد سیستم عصبی ناحیه گرد هم می‌آمدیم.»

هدف از این مطالعه جدید نشان دادن این بود که این سیستم می‌تواند سیگنال‌های عصبی را از مغز زنده(در این مورد مغز جوندگان) ثبت و ضبط کند. این تیم ۴۸ نوروگرین را روی قشر مخ حیوان و لایه بیرونی مغز قرار دادند و سیگنال‌های عصبی مشخصی را که با فعالیت خود به خودی مغز مرتبط بودند با موفقیت ثبت کردند.

آیا مغز آسیب‌دیده قابل بازیابی خواهد بود؟

این تیم همچنین توانایی دستگاه‌ها برای تحریک مغز و همچنین ثبت فعالیت‌های آن را آزمایش کردند. در این سیستم، تحریک با پالس‌های الکتریکی کوچک انجام می‌شود که می‌تواند فعالیت عصبی را فعال کند. محققان امیدوارند این تحقیق موجب شود عملکرد از دست رفته مغز در اثر بیماری یا آسیب قابل بازیابی باشد.

وینسنت لیونگ(Vincent Leung) یکی از نویسندگان این تحقیق و استاد گروه مهندسی برق و کامپیوتر در بیلور می‌گوید: «این امر یک تلاش چالش‌برانگیز به حساب می‌آمد زیرا سیستم نیاز به انتقال همزمان برق و شبکه بی‌سیم با سرعت مگابیت بر ثانیه داشت و این امر باید در محدوده سیلیکونی بسیار محدود انجام می‌شد.»

تحقیق مزبور فعلاً در ابتدای راه قرار دارد و انتظار می‌رود در آینده نزدیک به پیشرفت‌های شگرفی در زمینه مغز منجر شود. نورمیکو می‌گوید: «امید ما این است که در نهایت بتوانیم سیستمی را توسعه دهیم که بینش‌های علمی جدیدی در مورد مغز و درمان‌های جدید ارائه دهد و بتواند به افرادی که به دلیل جراحت‌ها و تصادف‌های ویرانگر آسیب دیده‌اند کمک کند.»

انتهای پیام/

کد خبر 694512

برچسب‌ها

تبلیغات

نظر شما

شما در حال پاسخ به نظر «» هستید.
3 + 1 =