به گزارش گروه علم و فناوری باشگاه خبرنگاران دانشجویی(ایسکانیوز)؛ رابط‌های مغز- کامپیوتر ابزارهای در حال ظهوری هستند که با هدف کمک به افراد مبتلا به آسیب مغزی یا نخاعی برای حرکت یا برقرار ارتباط با دیگران طراحی می‌شوند. این سیستم‌ها مبتنی بر حسگرهای قابل کاشتی هستند که سیگنال‌های الکتریکی مغز را ثبت می‌کنند و از این سیگنال‌ها برای هدایت دستگاه‌های خارجی مثل ویلچر، کامپیوتر یا پروتزهای روباتیک استفاده می‌کنند.

بیشتر این سیستم‌های رابط مغز- کامپیوتر از یک یا دو حسگر برای نمونه‌برداری از چند صد نورون مغزی استفاده می‌کنند، اما دانشمندان علوم اعصاب به دنبال طراحی سیستم‌هایی هستند که قادر به جمع‌آوری داده از گروه‌های بزرگ‌تری از سلول‌های مغزی هستند.

در همین راستا، تیمی از محققان دانشگاه براون، بایلور، کالیفرنیا در سن‌دیه‌گو و کوالکام در آمریکا با تحقیقات جدیدی که انجام داده‌اند مفهوم جدیدی از سیستم رابط مغز- کامپیوتر ایجاد کرده‌اند که از شبکه‌ای هماهنگ از حسگرهای عصبی میکروسکوپی مستقل و بی‌سیم برای ثبت و تحریک مغز استفاده می‌کند. هر کدام از این حسگرها به اندازه یک دانه نمک هستند و «نوروگرین» (neurograin) نام دارند.

در واقع، این سیستم از دو بخش حسگرهای نوروگرین و یک دستگاه مرکز داده تشکیل شده است. نوروگرین‌ها به طور مستقل پالس‌های الکتریکی حاصل از شلیک نورون‌ها را ثبت می‌کنند و آنها را به صورت بی‌سیم به یک مرکز داده ارسال می‌کنند. این مرکز داده سیگنال‌ها را تحلیل و پردازش می‌کند.

این تیم تحقیقاتی در تحقیقی که نتایج آن در یکی از مجلات «نیچر» منتشر شده است، حدود ۵۰ تا از این حسگرها را برای ثبت فعالیت عصبی حیوانات جونده آزمایش کردند. به گفته آنها، نتایج این تحقیق، آنها را به سمت بینش جدیدی از نحوه عملکرد مغز و درمان جدیدی برای افراد دچار آسیب مغزی یا نخاعی هدایت کرده است.

چالش‌های پیش رو

محققان می‌گویند: یکی از چالش‌های بزرگ در زمینه رابط‌های مغز- کامپیوتر، روش‌های مهندسی برای بررسی نقاط بیشتر مغز است. تاکنون اکثر این رابط‌ها به شکل دستگاه‌های یکپارچه‌ای طراحی می‌شدند که شبیه به تخته‌ای پر از سوزن‌های کوچک بودند. اما ایده تیم ما این بود که به جای یک سیستم یکپارچه از سنسورهای کوچکی استفاده کنیم که در قشر مخ توزیع می‌شوند و توانستیم به این ایده جامه عمل بپوشانیم.

این تیم پژوهش و کار توسعه این سیستم را حدود چهار سال پیش آغاز کرد. این تیم با چالش‌های بیشتری نسبت به مدل‌های قبلی این سیستم‌ها مواجه بودند. بخش اول مربوط به کوچک کردن ابزار الکترونیک پیچیده‌ای بود که در عین ریز بودن بتواند سیگنال‌های عصبی را تشخیص و تقویت کند و آن را به تراشه‌های کوچک سیلیکونی نوروگرین منتقل کنند. برای این کار ابتدا قطعات الکترونیک را در کامپیوتر طراحی و شبیه‌سازی کردند و فرآیند ساخت و تولید آن را چندین بار تکرار کردند تا در نهایت تراشه‌های کارآمدی را به صورت واقعی درست کنند.

دومین چالش آنها ایجاد قطب ارتباطی در خارج بدن بود که بتواند سیگنال‌ها را از تراشه‌های کوچک دریافت کند. این دستگاه یک نازک به اندازه انگشت شست است که به پوست سر و بیرون جمجمه وصل می‌شود.  این دستگاه مثل یک برج مخابراتی تلفن همراه کوچک عمل می‌کند و با استفاده از پروتکل شبکه‌ای، سیگنال‌های عصبی‌ای را دریافت می‌کند که هر کدام آدرس شبکه خود را دارند. این دستگاه به صورت بی‌سیم انرژی مورد نیاز تراشه‌های کوچک را نیز تامین می‌کند.

تحقیق چند رشته‌ای

طراحی این سیستم تحقیق چند رشته‌ای را می‌طلبید و از این رو، متخصصانی از رشته‌های الکترومغناطیس،‌ ارتباطات فرکانس رادیویی، طراحی مدار و عصب‌شناسی برای طراحی آن گرد هم آمدند.

آنها این سیستم را روی مغز ۴۸ جونده آزمایش کردند و برای این کار،‌ تراشه نوروگرین را روی قشر مخ حیوان و لایه بیرونی آن قرار دادند و سیگنال‌های عصبی مشخصی را که مرتبط با فعالیت‌های خود به خودی مغز بود، با موفقیت ثبت کردند. آنها امیدوارند که با تحریک مغز توسط همان مرکزی که فعالیت‌های عصبی را تحلیل و پردازش می‌کند، بتوانند روزی عملکرد از دست رفته بیماران آسیب نخاعی و مغزی را بازیابی کنند.