پرده برداشتن از بزرگ‌راه‌های ذاتی مغز

یکی از فیلم‌هایی که به نویسنده‌اش حسودیم میشه، سریال Black Mirror هست. این حسادت فقط به خاطر کشش داستانی نیست، هر قسمت سریال به تنهایی ایده های داره که می‌شه ساعت‌ها درموردش صحبت کرد. یکی از بحث‌برانگیزترین قسمت‌هایی که مورد توجه مخاطب‌های زیادی هم قرار گرفت، قسمت آخر فصل ۱ بود. در این قسمت با شروع داستان میفهمیم چیپ‌ست‌هایی به بازار اومده که به آدم‌ها امکان ثبت دقیق تمام جزئیاتی که میبینن، می‌شنون و تجربه می‌کنن رو میده. به عبارتی این چیپ‌ست مثل یک دوربین فیلم‌برداری همه چیز رو از زاویه‌ی دید فرد ضبط و در فولدرهایی به ترتیب ذخیره می‌کرد که میشه با اونها تمام لحظات رو بارها با جزئیات دقیق مرور کرد و یا حتی روی پرده‌ی نمایش برای بقیه‌ی آدم‌ها پخش کرد! بیش از این از ماجرای داستان چیزی نمیگم ولی این ایده برای سال ۲۰۱۶ چیزی بیش‌تر از یک داستان علمی-تخیلی محسوب نمیشده. ولی الان؟ یه جورایی میشه شونه‌ها رو بالا انداحت و گفت: چرا که نه! میتونه واقعی باشه!black mirror season 1 episode 3: The Entire History of You پیازداغ ماجرا وقتی بیشتر میشه که بگم سال ساخت این سریال مصادف شده با تاسیس دو شرکت بزرگ BCI! یعنی شرکت‌های سینکرون (Synchron) و نورالینک (Neuralink).در پست‌های قبلی گفتیم که BCI دقیقا چیه و اولین سامانه‌ی BCI چه‌طور برای یک انسان مورد استفاده قرار گفته. بعدتر هم از اولین نمونه‌های بالینی و تحقیقاتی در مرکز تحقیقاتی BrainGate و شرکت نوراتک (Black rock Neurotech) در سال‌های ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۲ صحبت کردیم.سال ۲۰۱۶ با ورود رسمی شرکت‌های سینکرون و نورالینک، نقطه‌ی عطفی در طراحی و توسعه‌ی سامانه‌های BCI رقم میخوره.همون‌طور که گفتیم تا قبل از این پایه‌ی اصلی سامانه‌های BCI استفاده از الکترود‌های Utah بود و شرکت نوراتک همچنان هم به عنوان اصلی‌ترین شرکت طراحی و ساخت این الکترودها شناخته میشه. (برای اطلاعات بیشتر این پست رو بخونید)به نوعی بعد از سال‌ها تست و مطالعه این مدل الکترودها جواب خودشون رو پس دادن و جامعه‌ی پزشک‌ها، مهندس‌ها و نوروساینتیست‌ها نتایج گزارش شده از این الکترود‌ها رو به رسمیت می‌شناسن. ولی کارگذاری این الکترود‌ها جراحی‌های تخصصی و هزینه‌بری داره. به علاوه که هنوز ساز و کاری برای بی‌سیم بودن این سامانه معرفی نشده و فردی که از این سامانه‌ها استفاده میکنه باید با کابلی به دستگاه وصل باشه! این یعنی که این سامانه نمیتونه وارد زندگی معمولی و روزانه‌ی همه‌ی افراد بشه و در حد واحد‌های پر زرق و برق تحقیق و توسعه‌ باقی می‌مونه!اینجاست که رقبا با ایده‌های جدیدتری از راه می‌رسن! توماس آگزلی در سال ۲۰۱۸ در یک سخنرانی Ted ایده‌اش رو توضیح میده. ایده‌ای که میشه شعار اصلی شرکت سینکرون: پرده برداشتن از بزرگ‌راه‌های ذاتی مغز!A digital spinal cord that streams your thoughts | Thomas Oxley | TEDxSydney 2018آگزلی توضیح میده که بعد از گذشت ده سال از طراحی اولین سامانه‌ی BCI برای انسان، این تکنولوژی هنوز نتونسته راهی به دسترسی عموم باز کنه! اتفاقی که دلیلش ریسک و هزینه‌ی بالای این روشه! و این ایده رو مطرح میکنه که چرا از مسیرهای ورودی طبیعی خود مغز استفاده نکنیم؟ یعنی عروق مغزی! شاید در نگاه اول احمقانه و غیرممکن به نظر برسه ولی واقعیت اینه که تا همین لحظه بارها و بارها از همین روش برای جاگذاری Pacemaker یا همون چیزی که با عنوان باتری قلب می‌شناسیم استفاده شده! پس چرا از این ایده برای مغز استفاده نکنیم؟ در طول این هشت سال آگزلی و تیمش تونستن ایده‌شون رو از یک فکر احمقانه به راهکار عملی تبدیل کنن و حتی اولین شرکتی باشن که تایید FDA (سازمان بهداشت و داروی آمریکا) رو میگیره!!باتری قلب یا pacemaker: در این دستگاه لیدها (سیم‌ها)یی خارج میشه که از طریق رگ‌ها به سمت داخل قلب میره و با شوک الکتریکی ضربان قلب رو تنظیم می‌کنه.بذارید یه کم دقیق‌تر بررسی کنیم. این سامانه‌ی BCI سه بخش اصلی داره:سه بخش دستگاه شرکت synchron۱. ضبط داده: الکترود مشبک و استوانه مانندی که طراحی شده تا در دیواره‌ی داخلی رگ قرار بگیره و به اون استنترود ( stentrode : ترکیب دو واژه‌ی stent و electrode ) گفته شده. استنترود به سیم قابل انعطافی متصله که سیگنال فعالیت مغزی رو از الکترود تا دستگاه کوچکی منتقل می‌کنه که مثل باتری قلب در حین جراحی بالای قفسه‌ی سینه‌ی فرد در زیر پوست قرار می‌گیره. در نمونه‌های اولیه اطلاعات از زیر پوست با این دستگاه به وسیله‌ی طیف مادون قرمز به دستگاه کوچک دیگه‌ای که روی پوست قرار گرفته منتقل میشه. دستگاه دوم هم در نهایت با کابل به دیکدر( بخش دوم سامانه) متصل میشه. در نسخه‌های بعدی این سامانه‌ی BCI (با ارجاع به سایت سینکرون) گفته شده که این انتقال اطلاعات از دستگاه زیرپوستی به بخش دوم روی پوست، بی‌سیم (وایرلس) قراره انجام بشه.بخش ضبط داده۲. رمزگشایی از داده‌ها: در اینجا سرعت محاسباتی کامپوتر‌ها و هوش مصنوعی در خدمت قرار گرفته میشه تا حجم وسیعی از داده‌های خام ثبت شده توسط الکترود‌ها به اطلاعات مفید تبدیل بشه یا به عبارتی از فعالیت مغزی رمزگشایی بشه و هدف فرد از روی سیگنال‌های مغزیش تشخیص داده بشه.رمزگشایی از داده‌ها (decoder*و بخش سوم؛ رابط کاربری: در بخش دوم فعالیت مغزی رمزگشایی و به زبان کامپیوتر تبدیل شده. بعد از این کاربر میتونه با کمک یک برنامه‌ی مخصوص با هر سیستم کامپیوتری ( از طریق بلوتوث) ارتباط برقرار کنه. مثل یک فرد عادی از کامپیوتر استفاده کنه، ایمیل بنویسه و در سایت‌ها بچرخه.A Brain Implant That Turns Your Thoughts Into Text | Tom Oxley | TED 2022چند ماه قبل در رویداد TED دیگه‌ای آگزلی ویدیو‌ی دو بیمار ALS رو نشون میده که stentrode داخل عروق مغزی شون ( به طور خاص در superior Sagital sinus که عروق نزدیک به Premotor Cortex میشه) قرار گرفته و حالا قادر هستن به کمک این سامانه‌ی BCI تمام کارهایی رو انجام بدن که ما با دو دست و ده تا انگشت با کامپیوتر انجام میدیم!! ویدیوی TED رو از اینجا و لینک مقاله‌ی رسمی منتشر شده از نتیجه‌ی کار رو میتونید در اینجا ببینید.ساز و کار سامانه‌ی BCI از شرکت synchron با توجه به مقاله‌، باید به دو تا نکته اشاره کرد:۱. افرادی که از این سامانه استفاده کردن برای استفاده از کامپیوتر در حقیقت سه تا کار میتونن انجام بدن؛ کلیک کنن، موس رو روی لینکی نگه دارن (کلیک طولانی) و یا زوم کنن. و این کار رو با تصور حرکت بخشی از بدن‌شون انجام میدن. مثل به بالا و پایین‌ بردن پا یا دست‌شون فکر میکنن و این دستور به فعالیت مغزی تبدیل میشه که بعدتر به عنوان کلیک ترجمه خواهد شد.۲. در حال حاضر برای اینکه کامپیوتر تشخیص بده فرد میخواد روی چه گزینه‌ای کلیک کنه و یا کجای صفحه رو زوم کنه، از ردیاب چشمی (Eye tracker ) استفاده میکنه. یعنی به عنوان مثال با استفاده از وبکم لپ‌تاپ حرکت چشم فرد نسبت به موقعیت صفحه سنجیده میشه و بعد اون قسمت به عنوان هدف کاربر برای کلیک یا زوم در نظر گرفته میشه. این مورد تا حدی ارزش بخش رمزگشایی رو برای یک سامانه‌ي BCI پایین میاره چون در حقیقت این فکر و قصد فرد نیست که رمزگشایی میشه بلکه فرد یاد گرفته که با حرکت خاص دست و نگاه کردن به هدفش رو صفحه کاری رو که میخواد انجام بده. شاید این ایده در عمل خروجی مطلوب رو بده ولی از دید پیشینه‌ی مطالعات BCI یه جورایی افت محسوب میشه!:)) نمونه‌های قبلی وجود داشته که فرد فقط با فکر کردن به کلمه‌ای که میخواسته تونسته اون رو بنویسه و یا بدون نیاز به سیستم ردیاب چشمی، از کیبورد و موس صفحه‌ی نمایش استفاده کرده.با اینکه این ایده زیرکی خاصی داره، ولی محدودیت‌هایی هم برای کاربرهاش خواهد داشت. حداقل حدس فعلی میتونه این باشه! به خصوص که از اولین نمونه‌ی موفق این نمونه‌ی BCI کمتر از دو سال گذشته. قطعی‌ترین محدودیتی که میشه در این روش دید، دقت دیتای خامی هست که از فعالیت مغزی ثبت میشه. الکترود‌های Utah با وجود آسیب‌هایی که میتونن در حین جراحی و بعد از کاشت برای مغز داشته باشن، اما چون در ارتبط مستقیم با سلول‌های عصبی قرار میگیرن، اطلاعات دقیقی از فعالیت هر تک‌ نورون استخراج می‌کنن در حالیکه الکترود‌های سینکرون در دیواره‌ی عروق قرار دارند و فعالیت مغزی رو از فاصله‌ی نسبتا دورتری می‌بینن و ثبت می‌کنن. (با ادبیات علمی‌تر میشه گفت الکترود‌های Utah ثبت اسپایک دارند درصورتیکه در مقالات مرتبط با سنکرون سعی شده دقت سیگنال‌ها ثبت‌شده در این روش رو نهایتا با دیتای ECoG و LFP مقایسه کنن. ) مشکلات و محدودیت‌های دیگه‌ای هم در دراز مدت میشه برای این روش محتمل دونست مثل بالا بردن خطر گرفتگی، پارگی عروق و یا سکته. که باید منتظر بود و دید آیا همون‌طور که آگزلی انتظار داره، میشه به stentrode به چشم یک ایمپلنت دائمی برای مغز نگاه کرد یا نه! به خصوص که در صورت مشکل احتمالی برای این stentrodeها خطر و هزینه‌ جراحی برای خارج کردن‌شون بسیار بیشتر خواهد بود!با این حال تا این لحظه ۵ نفر با این روش تحت آزمایش قرار گرفتن و آگزلی پیش‌بینی کرده که تا آخر سال ۲۰۲۲ این رقم به ۱۵ نفر برسه! مزیت مهم این روش در جراحی ساده‌تر و دوره‌ی ریکاوری سریع‌تره. در نتیجه میشه روی حرف آگزلی حساب باز کرد. با این وجود زمانی تعداد بیشتر افراد ارزشمند خواهد بود که محل قرارگیری stentrode بنا به نیاز افراد متفاوت باشه. قرار دادن این الکترود فقط در این ناحیه‌ی خاص از عروق مغزی در بهترین حالت میتونه اطلاعاتی از قشر حرکتی مغز مربوط به اندام‌های تحتانی استخراج کنه و در نتیجه عملکردهای خروجی محدودی هم میتونه برای کاربر داشته باشه. اگر آگزلی بخواد این روش رو جایگزین الکترود‌های Utah کنه باید بتونه Stentrode هاش رو در طول عروق مختلف و نواحی متفاوتی از مغز بکاره!!در مجموع تمام این اما و اگرها چیزی از زیرکی و هیجان‌انگیز بودن این ایده و ارزش این تکنولوژی که در پس تمام این مطالعات در حال رشد هست، کم نمیکنه! Thomas Oxley and Synchron Stentrodeشاید در آینده‌ای نه چندان دور، یک وقت جراحی یکی دو ساعته بگیریم و وقتی به خونه بگشتیم بتونیم چهره‌ی پزشک و پرستارها رو روی مانیتور بندازیم و برای همه از هیجان‌انگیز بودن الکترودی بگیم که میتونیم باهاش تک تک لحظه‌هامون رو ضبط کنیم! برای همینه که الان بعد از دیدن Black mirror شونه رو بالا ‌می‌اندازیم و میگیم: چراکه نه! میتونه واقعی باشه!