خواندن افکار از طریق تراشه مغزی: انقلابی در ارتباطات برای بیماران فلج
آیا به این فکر کردهاید که روزی بتوان افکار انسان را خواند و به کلام تبدیل کرد؟ این دیگر فقط در داستانهای علمی تخیلی نیست! پیشرفتهای شگفتآور در حوزه پروتزهای مغزی، به دانشمندان اجازه داده تا به این رویا نزدیک شوند. در این مقاله، به بررسی یک دستگاه جدید میپردازیم که میتواند افکار را به صورت بلادرنگ رمزگشایی کرده و به افراد مبتلا به بیماریهای فلجکننده مانند ALS و سکته مغزی ساقه مغز کمک کند تا با سرعت و راحتی بیشتری ارتباط برقرار کنند.
دستگاهی برای تبدیل فکر به کلام: امیدی نو برای مبتلایان به ALS و سکته مغزی
در دهه ۱۹۹۰، ژورنالیست فرانسوی، ژان-دومینیک بابی، پس از یک سکته مغزی ساقه مغز که تقریباً او را کاملاً فلج کرده بود، با چشمک زدن چشم چپ خود و با کمک فردی که حروف الفبا را تکرار میکرد، کتابی درباره تجربیات خود نوشت. امروزه، افراد مبتلا به چنین شرایطی گزینههای ارتباطی بسیار بیشتری در اختیار دارند. برخی از دستگاهها، حرکات چشم یا دیگر حرکات جزئی عضلات را ردیابی میکنند تا به کاربران اجازه دهند کلمات را از روی صفحه نمایش انتخاب کنند.
اما در نوک پیکان این پیشرفتها، دانشمندان علوم اعصاب اخیراً ایمپلنتهای مغزی را توسعه دادهاند که میتوانند سیگنالهای عصبی را مستقیماً به کلمات کامل تبدیل کنند. این رابطهای مغز و کامپیوتر (BCI) عمدتاً نیازمند تلاش فیزیکی کاربران برای صحبت کردن هستند که میتواند فرآیندی آهسته و خستهکننده باشد. اما اکنون، پیشرفتی جدید در پروتزهای عصبی این موضوع را تغییر داده و به کاربران اجازه میدهد صرفاً با فکر کردن به آنچه میخواهند بگویند، ارتباط برقرار کنند.
مکانیسم عملکرد سیستم جدید رمزگشایی گفتار درونی
سیستم جدید تا حد زیادی بر پایه همان فناوری دستگاههای رایج «تلاش برای صحبت کردن» استوار است. هر دو از حسگرهایی استفاده میکنند که در بخشی از مغز به نام قشر حرکتی (motor cortex) کاشته میشوند. این بخش از مغز دستورات حرکتی را به دستگاه صوتی ارسال میکند. فعالیت مغزی که توسط این حسگرها تشخیص داده میشود، سپس به یک مدل یادگیری ماشینی وارد میشود تا مشخص شود کدام سیگنالهای مغزی برای هر کاربر با کدام صداها مطابقت دارند. سپس، از این دادهها برای پیشبینی کلمهای که کاربر سعی در گفتن آن دارد، استفاده میشود.
اما قشر حرکتی تنها زمانی فعال نمیشود که ما سعی در صحبت کردن داریم؛ بلکه تا حد کمتری در گفتار تصور شده نیز دخیل است. محققان از این ویژگی برای توسعه دستگاه رمزگشایی «گفتار درونی» خود استفاده کردند و نتایج این پژوهش را در مجله Cell منتشر کردند. این تیم سه نفر مبتلا به اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) و یک نفر مبتلا به سکته مغزی ساقه مغز را مورد مطالعه قرار دادند که همه آنها قبلاً حسگرها را کاشته بودند. با استفاده از این سیستم جدید «گفتار درونی»، شرکتکنندگان فقط نیاز داشتند به جملهای که میخواستند بگویند فکر کنند و این جمله در زمان واقعی روی صفحه نمایش ظاهر میشد. در حالی که رمزگشاهای قبلی گفتار درونی تنها به تعداد محدودی از کلمات محدود میشدند، این دستگاه جدید به شرکتکنندگان اجازه میدهد از فرهنگ لغتی با ۱۲۵۰۰۰ کلمه استفاده کنند.
سرعت و راحتی بینظیر در ارتباطات
«هدف ما به عنوان محققان، یافتن سیستمی است که برای کاربر راحت باشد و در حالت ایدهآل به توانایی طبیعی برسد.» این گفته ارین کونز، نویسنده اصلی مقاله و محقق فوق دکترا در حال توسعه پروتزهای عصبی در دانشگاه استنفورد است. تحقیقات قبلی نشان داد که «تلاش فیزیکی برای صحبت کردن خستهکننده است و محدودیتهای ذاتی سرعت نیز دارد.» دستگاههای تلاش برای صحبت کردن، مانند دستگاهی که در این مطالعه استفاده شده است، نیاز دارند که کاربران نفس عمیقی بکشند، گویی که واقعاً در حال گفتن کلمات هستند. اما به دلیل اختلال در تنفس، بسیاری از کاربران برای تکمیل یک کلمه با این روش به چندین نفس نیاز دارند. تلاش برای صحبت کردن همچنین میتواند صداها و حالات چهره نامطلوبی ایجاد کند. با این فناوری جدید، شرکتکنندگان در این مطالعه توانستند با سرعت مکالمهای راحت حدود ۱۲۰ تا ۱۵۰ کلمه در دقیقه ارتباط برقرار کنند، بدون اینکه تلاش بیشتری از فکر کردن به آنچه میخواستند بگویند، نیاز باشد.
محدودیتها و نگرانیهای مربوط به حریم خصوصی
مانند اکثر رابطهای مغز و کامپیوتر (BCI) که فعالیت مغزی را به گفتار ترجمه میکنند، این فناوری جدید فقط در صورتی کار میکند که افراد بتوانند ایده کلی آنچه میخواهند بگویند را به برنامهای برای نحوه بیان آن تبدیل کنند. الکساندر هاث، محققی که در زمینه BCI در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، تحقیق میکند و در این مطالعه جدید شرکت نداشت، توضیح میدهد که در گفتار معمولی، «شما با ایدهای از آنچه میخواهید بگویید شروع میکنید. این ایده به برنامهای برای چگونگی حرکت دستگاههای مفصلی [صوتی] شما ترجمه میشود. این برنامه به عضلات واقعی ارسال میشود و سپس آنها آن را اجرا میکنند.» اما در بسیاری از موارد، افراد مبتلا به اختلال گفتاری قادر به تکمیل اولین مرحله نیستند. هاث میگوید: «این فناوری فقط در مواردی کار میکند که قسمت «ایده به برنامه» کاربردی باشد، اما قسمت «برنامه به حرکت» خراب است» – مجموعهای از شرایط به نام دیزارتری.
به گفته کونز، چهار شرکتکننده در این تحقیق مشتاقانه از این فناوری جدید استقبال کردند. او میگوید: «به طور کلی، اشتیاق زیادی برای توانایی بالقوه ارتباط سریع دوباره وجود داشت» – و اضافه میکند که یکی از شرکتکنندگان به ویژه از پتانسیل جدید خود برای قطع مکالمه هیجانزده بود – چیزی که او با سرعت آهسته دستگاه تلاش برای صحبت کردن نمیتوانست انجام دهد.
برای اطمینان از حفظ حریم خصوصی افکار، محققان یک عبارت رمز را اجرا کردند: «chitty chitty bang bang». وقتی شرکتکنندگان در ذهن خود این عبارت را تکرار میکردند، این امر باعث میشد که BCI شروع یا توقف رونویسی کند.
کاشت ایمپلنتهای خوانش مغزی، اجتنابناپذیر نگرانیهایی را در مورد حریم خصوصی ذهنی ایجاد میکند. در حال حاضر، هاث در مورد سوء استفاده یا توسعه بیرویه این فناوری نگران نیست و به سلامت گروههای تحقیقاتی درگیر در تحقیقات پروتزهای عصبی اشاره میکند. او میگوید: «من فکر میکنم آنها کار بزرگی انجام میدهند؛ آنها توسط پزشکان هدایت میشوند؛ آنها بسیار بیمار محور هستند. بسیاری از کارهایی که آنها انجام میدهند، در واقع تلاش برای حل مشکلات بیماران است، حتی زمانی که این مشکلات لزوماً چیزهایی نیستند که ما ممکن است به آنها فکر کنیم،» مانند توانایی قطع مکالمه یا «ساختن صدایی که بیشتر شبیه آنها باشد».
این تحقیق برای کونز به طور ویژهای به خانه نزدیک است. او میگوید: «پدر من در واقع به ALS مبتلا بود و توانایی صحبت کردن را از دست داد.» او میافزاید که به همین دلیل وارد این زمینه تحقیقاتی شده است. «من در پایان زندگی او نوعی مترجم شخصی گفتار او شدم، زیرا تقریباً تنها کسی بودم که میتوانستم او را درک کنم. به همین دلیل شخصاً اهمیت و تأثیر این نوع تحقیقات را میدانم.»
کونز خاطرنشان میکند که مشارکت و تمایل شرکتکنندگان در تحقیقاتی مانند این بسیار مهم است. «شرکتکنندگانی که داریم، افراد فوقالعادهای هستند که داوطلبانه در این مطالعه شرکت کردند، نه لزوماً برای به دست آوردن منفعتی برای خودشان، بلکه برای کمک به توسعه این فناوری برای افراد مبتلا به فلجی در آینده. و من فکر میکنم که آنها سزاوار تمام قدردانیهای دنیا برای این کار هستند.»
حمایت از روزنامهنگاری علمی
اگر از خواندن این مقاله لذت بردید، از شما دعوت میکنیم با اشتراک در مجله ساینتیفیک آمریکن از روزنامهنگاری علمی ما حمایت کنید. با خرید اشتراک، به تضمین آینده داستانهای تأثیرگذار در مورد اکتشافات و ایدههایی که جهان امروز ما را شکل میدهند، کمک میکنید.
