کنترل بازی فقط با فکر: فناوری رابط مغز و رایانه به واقعیت نزدیک می‌شود

1

آزمایشی نوآورانه در آستین

بازی کردن تنها با استفاده از قدرت فکر ممکن است شبیه داستان‌های علمی‌تخیلی به نظر برسد، اما این مفهوم به واقعیت بسیار نزدیک شده است. در آزمایشگاهی در آستین، داوطلبان موفق شدند بدون کوچک‌ترین حرکت فیزیکی، ماشین مسابقه‌ای دیجیتال را هدایت کرده و میله‌ای مجازی را روی صفحه‌نمایش متعادل نگه دارند.

تنها ابزار مورد نیاز: یک کلاه الکترودی

تنها تجهیزاتی که داوطلبان استفاده کردند، یک کلاه الکترودی بود و تنها سیگنال‌های کنترل از مغز آن‌ها دریافت می‌شد. برای سال‌ها، واسط‌های مغز و رایانه (BCI) با چالش خروج از فضای کلینیکی مواجه بودند، چراکه هر کاربر جدید نیاز به کالیبراسیون زمان‌بر و خسته‌کننده داشت.

کالیبراسیون آسان‌تر رابط مغز و رایانه

مشکل اصلی: عدم انتقال‌پذیری داده‌ها بین افراد

سیستم‌هایی که برای یک فرد آموزش دیده بودند، هنگام استفاده توسط فرد جدید، کارایی خود را از دست می‌دادند. این موضوع باعث کندی، هزینه بالا و شکنندگی فناوری برای استفاده خانگی می‌شد.

راهکار محققان دانشگاه تگزاس در آستین

برای غلبه بر این مانع، مهندسان دانشگاه تگزاس رویکرد جدیدی را اتخاذ کردند. آن‌ها یک “رمزگشا” طراحی کردند که با داده‌های یک کاربر متخصص آموزش دیده بود و سپس با استفاده از دو الگوریتم، خود را با کاربران جدید تطبیق می‌داد:

• Generic Recentering: الگوریتمی که به‌طور خودکار تنظیمات را انجام می‌دهد.
• Personally Assisted Recentering: روشی که با کمک اندک کاربر، تنظیمات بهینه‌تری ایجاد می‌کند.

«در محیط‌های بالینی، این فناوری می‌تواند فرآیند طولانی و خسته‌کننده کالیبراسیون را بدون نیاز به تیم تخصصی ممکن سازد.»
— ستیام کومار، دانشجوی آزمایشگاه خوزه دل. آر. میلان

نتایج آزمایش: کارایی بدون نیاز به تنظیمات دستی

آزمایش بر روی ۱۸ داوطلب سالم

در این پژوهش، حتی روش کاملاً خودکار توانست در دو وظیفه مختلف — تعادل‌دهی به میله و هدایت ماشین مسابقه — عملکردی مشابه روش نیمه‌سفارشی‌شده داشته باشد.

نتیجه مهم: کارایی بالا بدون نیاز به تنظیمات اولیه

این بدان معناست که رمزگشا روی مغزهای ناآشنا نیز به‌خوبی عمل می‌کند، بدون آنکه نیاز به کالیبراسیون دستی وجود داشته باشد.

رمزگشای هوشمند: مغزهای متفاوت، یک الگوریتم

استفاده از EEG به‌جای روش‌های تهاجمی

در این مطالعه، کلاه‌های الکترودی از روش EEG (الکتروانسفالوگرافی) استفاده کردند — فناوری قدیمی که تغییرات بسیار کوچک ولتاژ روی پوست سر را اندازه‌گیری می‌کند.

حذف فرآیند جستجوی الگوهای سیگنال فردی

در روش‌های سنتی، تحلیلگران باید ساعت‌ها زمان صرف شناسایی الگوهای بهینه مغزی می‌کردند، اما رمزگشای جدید این فرآیند را با استفاده از داده‌های یک فرد متخصص به‌عنوان نقطه شروع حذف می‌کند.

مزایا:

• صرفه‌جویی در زمان برای اختصاص آن به آموزش استراتژی
• کاهش خستگی برای کاربران دارای محدودیت جسمی

بازی‌ها و آموزش مغز

تمرین تعادل مغزی

تمرین متعادل‌سازی میله، به کاربران کمک می‌کند تا قدرت امواج مغزی را بین نیمکره‌های حرکتی چپ و راست تنظیم کنند. بازی مسابقه‌ای نیز مهارت‌های پیش‌بینی و واکنش سریع را آموزش می‌دهد — مشابه نیازهای لازم برای هدایت صندلی چرخ‌دار در مکان‌های شلوغ.

یادگیری سریع در یک جلسه

داوطلبان توانستند هر دو فعالیت را تنها در یک جلسه بیاموزند. همچنین، بازدیدکنندگان در جشنواره South by Southwest توانستند دو ربات توان‌بخشی دست و بازو را تنها پس از چند دقیقه کنترل کنند، که نشان می‌دهد این رمزگشا به راحتی بین نمایشگر و دستگاه‌های فیزیکی جابه‌جا می‌شود.

تأثیر بالقوه در توان‌بخشی

برنامه‌هایی برای افراد دارای آسیب نخاعی و سکته مغزی

گرچه آزمایش حاضر روی بزرگ‌سالان سالم انجام شد، اما برنامه‌هایی برای آزمایش این رمزگشا بر روی افراد با آسیب‌های حرکتی در جریان است. تحقیقات قبلی نشان داده‌اند که تمرین با BCI می‌تواند موجب انعطاف‌پذیری عصبی (neural plasticity) شود — توانایی مغز در سیم‌کشی مجدد.

صندلی چرخ‌دار کنترل‌شونده با فکر

تیم تحقیقاتی همچنین در حال بهبود صندلی چرخ‌داری است که با افکار کنترل می‌شود. هدف نهایی، طراحی نسخه‌ای تجاری است که به کاربران اجازه می‌دهد بدون نیاز به تکنسین از توان‌بخشی خارج شده و زندگی روزمره خود را آغاز کنند.

چشم‌انداز آینده رابط‌های مغز و رایانه

دیگران در این مسیر

محققان دانشگاه‌هایی مانند استنفورد و کارنگی ملون، در حال ترکیب الگوریتم‌های تطبیقی با ایمپلنت‌های تهاجمی هستند. شرکت‌هایی مانند Neuralink نیز به‌دنبال تایپ مستقیم متن با مغز هستند.

مزیت سیستم‌های غیرتهاجمی

در حالی‌که سیستم‌های تهاجمی دقت بیشتری دارند، سیستم‌های غیرتهاجمی مانند رمزگشای آستین ایمن‌تر، ارزان‌تر و در دسترس‌تر هستند.

تسریع روند آموزش

کاهش زمان یادگیری از ساعت‌ها به دقیقه‌ها

مطالعه اخیر نشان می‌دهد که فاصله بین شروع کار و کنترل مؤثر سیستم می‌تواند به چند دقیقه کاهش یابد.

«هدف این فناوری کمک به مردم در زندگی روزمره‌شان است، و ما در این مسیر تا هرجا که ممکن باشد پیش خواهیم رفت.»
— خوزه دل. آر. میلان

آینده نزدیک: رابط‌های ذهنی برای همه

تجربه بازی به‌جای درمان

در آینده، مراکز توان‌بخشی می‌توانند کلاه‌های الکترودی را مانند کمربند ضربان‌سنج به بیماران بدهند. به‌محض اینکه کلاه روی سر قرار گیرد، کاربر می‌تواند با مغزش آموزش ببیند — در حال بازی کردن، نه درمان خسته‌کننده.

نقش انسانی درمان‌گران پررنگ‌تر می‌شود

از آنجا که نرم‌افزار فرآیند‌های فنی را خودکار انجام می‌دهد، درمان‌گران می‌توانند بر جنبه‌های انسانی مانند انگیزه، تعیین هدف و پشتیبانی تمرکز کنند.

چالش‌ها و امیدها

موانع باقی‌مانده

تداخل ناشی از حرکت عضلات، افت کیفیت سیگنال در جلسات طولانی، و موانع قانونی هنوز وجود دارند. اما مطالعه آستین نشان می‌دهد که حداقل یکی از بزرگ‌ترین موانع — نیاز به کالیبراسیون فردی — در حال رفع شدن است.

استفاده جهانی برای همه سنین

با رمزگشایی که در لحظه یاد می‌گیرد، رابط‌های مغز و رایانه می‌توانند بدون تنظیمات خاص، برای کودکی ۸ ساله یا سالمندی ۷۰ ساله با سکته مغزی آماده شوند. آینده‌ای که سریع‌تر بازی می‌کنیم، و شاید سریع‌تر بهبود می‌یابیم، اکنون بسیار نزدیک‌تر از گذشته است.

این مطالعه در نشریه PNAS Nexus منتشر شده است.