فناوری به افراد قطع عضو اجازه می دهد تا با ذهن خود بازوی رباتیک را کنترل کنند

محققان شهرهای دوقلوی دانشگاه مینه‌سوتا فناوری دقیق‌تری و کمتر تهاجمی ابداع کرده‌اند که به افراد قطع عضو اجازه می‌دهد تا با استفاده از سیگنال‌های مغزی به جای عضلات، بازوی رباتیک خود را حرکت دهند.

بسیاری از اندام‌های مصنوعی تجاری فعلی از یک کابل و سیستم مهاری استفاده می‌کنند که توسط شانه‌ها یا قفسه سینه کنترل می‌شود، و اندام‌های پیشرفته‌تر از حسگرهایی برای تشخیص حرکات ماهیچه‌ای ظریف در اندام موجود بیمار در بالای دستگاه استفاده می‌کنند. اما، هر دو گزینه ممکن است دست و پا گیر، غیر شهودی و ماه ها تمرین برای افراد قطع عضو باشد تا یاد بگیرند چگونه آنها را حرکت دهند.

محققان دپارتمان مهندسی بیومدیکال دانشگاه، با کمک همکاران این صنعت، یک دستگاه کوچک و قابل کاشت ساخته اند که به عصب محیطی بازوی فرد متصل می شود. وقتی این دستگاه با یک کامپیوتر هوش مصنوعی و یک بازوی رباتیک ترکیب شود، می‌تواند سیگنال‌های مغزی را بخواند و تفسیر کند و به افراد قطع عضو فوقانی اجازه می‌دهد تنها با استفاده از افکار خود، بازو را کنترل کنند.

جدیدترین مقاله محققان در مجله منتشر شده است مجله مهندسی عصبی، یک مجله علمی معتبر برای رشته بین رشته ای مهندسی عصبی.

جولز آن توان نگوین، محقق فوق دکترا و دکترای مهندسی زیست پزشکی دانشگاه شهرهای دوقلو مینه سوتا، می گوید: «این بسیار شهودی تر از هر سیستم تجاری موجود است. فارغ التحصیل. “با سایر سیستم های پروتز تجاری، وقتی افراد قطع عضو می خواهند انگشت خود را حرکت دهند، در واقع به حرکت انگشت فکر نمی کنند. آنها سعی می کنند عضلات بازوی خود را فعال کنند، زیرا این چیزی است که سیستم می خواند. به همین دلیل، اینها سیستم‌ها نیاز به یادگیری و تمرین زیادی دارند. برای فناوری ما، چون سیگنال عصبی را مستقیماً تفسیر می‌کنیم، قصد بیمار را می‌داند. اگر می‌خواهند انگشت خود را حرکت دهند، تنها کاری که باید انجام دهند این است که به حرکت آن انگشت فکر کنند.

نگوین حدود 10 سال است که روی این تحقیق با پروفسور ژی یانگ، دانشیار گروه مهندسی زیست پزشکی دانشگاه مینه سوتا کار کرده است و یکی از توسعه دهندگان کلیدی فناوری تراشه های عصبی بود.

این پروژه در سال 2012 آغاز شد، زمانی که ادوارد کیفر، عصب‌شناس صنعت و مدیر عامل شرکت Nerves, Incorporated، به یانگ در مورد ایجاد یک ایمپلنت عصبی که می‌تواند به افراد قطع عضو کمک کند، نزدیک شد. این زوج از آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی دولت ایالات متحده (دارپا) کمک مالی دریافت کردند و از آن زمان تاکنون چندین آزمایش بالینی موفق با افراد قطع عضو واقعی انجام داده‌اند.

محققان همچنین با دفتر تجاری سازی فناوری دانشگاه مینه سوتا برای ایجاد استارتاپی به نام Fasikl – بازی با کلمه “fascicle” که به مجموعه ای از رشته های عصبی اشاره دارد- همکاری کردند تا این فناوری را تجاری کنند.

نگوین گفت: «این واقعیت که ما می‌توانیم بر افراد واقعی تأثیر بگذاریم و روزی زندگی بیماران انسانی را بهبود ببخشیم، واقعاً مهم است. توسعه فناوری‌های جدید سرگرم‌کننده است، اما اگر فقط در آزمایشگاه آزمایش می‌کنید، مستقیماً بر کسی تأثیر نمی‌گذارد. به همین دلیل است که ما می‌خواهیم در دانشگاه مینه‌سوتا باشیم و خود را در آزمایش‌های بالینی مشارکت دهیم. سه یا چهار سال، من این افتخار را داشتم که با چندین بیمار انسانی کار کنم. وقتی بتوانم به آنها کمک کنم انگشت خود را حرکت دهند یا به آنها کمک کنم کاری را انجام دهند که قبلاً فکر نمی کردند ممکن است، واقعاً احساساتی می شوم.”

بخش بزرگی از چیزی که باعث می شود سیستم در مقایسه با فناوری های مشابه به خوبی کار کند، ترکیب هوش مصنوعی است که از یادگیری ماشینی برای کمک به تفسیر سیگنال های عصبی استفاده می کند.

یانگ گفت: «هوش مصنوعی توانایی فوق العاده ای برای کمک به توضیح بسیاری از روابط دارد. “این فناوری به ما امکان می‌دهد تا داده‌های انسانی، داده‌های عصبی را با دقت ثبت کنیم. با این نوع داده‌های عصبی، سیستم هوش مصنوعی می‌تواند شکاف‌ها را پر کند و تعیین کند که چه اتفاقی در حال رخ دادن است. این واقعاً چیز بزرگی است، اینکه بتوانیم این تراشه جدید را ترکیب کنیم. فناوری با هوش مصنوعی می تواند به پاسخگویی به بسیاری از سوالاتی که قبلاً نمی توانستیم پاسخ دهیم کمک کند.”

این فناوری نه تنها برای افراد قطع عضو، بلکه برای سایر بیمارانی که از اختلالات عصبی و دردهای مزمن رنج می برند، مزایایی دارد. یانگ آینده ای را می بیند که در آن جراحی های تهاجمی مغز دیگر مورد نیاز نخواهد بود و به جای آن می توان به سیگنال های مغزی از طریق عصب محیطی دسترسی داشت.

به علاوه، تراشه قابل کاشت کاربردهایی دارد که فراتر از پزشکی است.

در حال حاضر، این سیستم برای اتصال به رابط هوش مصنوعی بیرونی و بازوی رباتیک به سیم هایی نیاز دارد که از طریق پوست عبور کنند. اما، اگر تراشه بتواند از راه دور به هر کامپیوتری متصل شود، به انسان این توانایی را می‌دهد که دستگاه‌های شخصی خود – مثلاً یک ماشین یا تلفن – را با ذهن خود کنترل کند.

یانگ گفت: “برخی از این چیزها در واقع در حال رخ دادن هستند. بسیاری از تحقیقات از آنچه در دسته “فانتزی” نامیده می شود به دسته علمی منتقل می شود.” مطمئناً این فناوری برای افراد قطع عضو طراحی شده است، اما اگر در مورد پتانسیل واقعی آن صحبت کنید، این می تواند برای همه ما قابل اجرا باشد.