الكمبيوتر يقرا التفكير
يتواصل المريض المحبوس داخل جهاز الكمبيوتر
طبيعة
تمكن رجل مشلول تمامًا من توصيل جمل كاملة باستخدام جهاز يسجل نشاط دماغه. تمكن الرجل من تدريب عقله على استخدام الجهاز الذي تم زرعه في دماغه لطلب التدليك والحساء والبيرة ومشاهدة الأفلام مع ابنه.
هذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها شخص محبوس تمامًا – شخص واع وقادر معرفيًا ولكنه مشلول تمامًا – من التواصل بهذه الطريقة ، كما يقول الباحثون.
تقوم واجهات الدماغ والكمبيوتر بتسجيل الإشارات الكهربائية داخل دماغ الشخص وتحويلها إلى أوامر تتحكم في الجهاز. في السنوات الأخيرة ، مكنت BCIs الأشخاص المصابين بالشلل الجزئي من التحكم في الأطراف الصناعية أو التعبير عن “نعم” أو “لا” ببساطة عن طريق التفكير فقط. لكن هذه هي المرة الأولى التي يستخدم فيها شخص محبوس تمامًا وغير قادر حتى على التحكم في حركات عينه ، BCI لتوصيل جمل كاملة.
الإعلانات
يقول جيمي هندرسون ، جراح الأعصاب في جامعة ستانفورد ، والذي لم يشارك في هذا العمل: “إنه أمر رائع حقًا أن تكون قادرًا على إعادة الاتصال بشخص ما في حالة منغلقة تمامًا”. “بالنسبة لي ، يعد هذا إنجازًا هائلاً ومن الواضح أنه مفيد جدًا للمشارك في البحث.”
لدعم الصحافة في MIT Technology Review ، يرجى التفكير في أن تصبح مشتركًا.
تم تشخيص إصابة الرجل الذي يعيش في ألمانيا بالتصلب الجانبي الضموري (ALS) في أغسطس 2015 ، عندما كان يبلغ من العمر 30 عامًا. التصلب الجانبي الضموري هو مرض عصبي نادر تقدمي يصيب الخلايا العصبية المشاركة في الحركة. بحلول نهاية العام ، لم يكن قادرًا على الكلام أو المشي. منذ يوليو / تموز 2016 ، يعتمد على جهاز التنفس الصناعي للتنفس.
بدأ في استخدام جهاز تتبع العين للتواصل في أغسطس 2016. يراقب الجهاز حركات العين ، مما يسمح للمستخدمين بتحديد الحروف من شاشة الكمبيوتر. ولكن بعد مرور عام ، تدهورت حالته ولم يعد قادرًا على إبقاء عينيه مثبتتين في بقعة معينة. أصبح الجهاز الآن عديم الفائدة. بدأ أفراد عائلته في استخدام نهج قائم على الورق ، حيث يقوم أحد أفراد الأسرة برفع شبكة من الحروف على خلفية من أربعة ألوان. يشير أفراد العائلة إلى كل قسم وصف من أقسام الألوان ، ويفسرون أي حركة للعين على أنها “نعم”.
شعر الرجل وعائلته بالقلق من أنه سيفقد في النهاية القدرة على تحريك عينيه على الإطلاق ، لذلك سعوا للحصول على مساعدة نيلز بيرباومر ، ثم في جامعة توبنغن ، وأوجوال تشودري من ALS Voice gGmbH ، وهي منظمة غير ربحية تقدم BCIs وغيرها من التقنيات للأشخاص غير القادرين على التواصل.
قصة ذات صلة
قد تكون غرسات الدماغ هي فأرة الكمبيوتر التالية
ما يخبرنا به أسرع كاتب دماغ في العالم عن مستقبل واجهات الكمبيوتر.
عند لقاء الرجل في فبراير 2018 ، حاول تشودري أتمتة نظام الاتصال الذي كانت الأسرة تستخدمه بالفعل. قام الفريق بتوصيل جهاز لتتبع العين ببرنامج كمبيوتر يقرأ الألوان وأرقام الصفوف ، مما يسمح للرجل بتحديد الحروف واحدة تلو الأخرى باستخدام حركات عينه لتهجئة الكلمات.
ولكن مع فقدان الرجل السيطرة بشكل متزايد على حركات عينيه ، أصبح أقل قدرة على التواصل باستخدام هذا الجهاز أيضًا. يقول تشودري: “اقترحنا زرع [قطب كهربائي]”. يمكن زرع أقطاب كهربائية صغيرة في الدماغ لتسجيل النشاط الكهربائي لخلايا الدماغ مباشرة. الإجراء – الذي ينطوي على حفر ثقب في الجمجمة وقطع الطبقات الواقية للدماغ – يأتي مع خطر ضئيل للإصابة بالعدوى وتلف الدماغ. لذلك كان هذا الملاذ الأخير ، كما يقول بيرباومر. يقول: “إذا لم تعد مؤشرات BCI [غير الغازية] ومتتبعات العين تعمل بعد الآن ، فلا يوجد خيار آخر”.
قال تشودري إن الرجل وافق على الإجراء باستخدام حركات العين. كما أعطت زوجته وشقيقته موافقتهما. بحلول الوقت الذي تمت فيه الموافقة على الإجراء من قبل لجنة الأخلاقيات والمعهد الاتحادي الألماني للأدوية والأجهزة الطبية في نهاية عام 2019 ، فقد الرجل القدرة على استخدام جهاز تتبع العين. في آذار (مارس) 2019 ، زرع الجراحون شبكتين صغيرتين من الأقطاب الكهربائية ، يبلغ قطر كل منهما 1.5 ملم ، في القشرة الحركية للرجل – وهي منطقة في الجزء العلوي من الدماغ مسؤولة عن التحكم في الحركة.
تحويل الإشارات إلى أوامر
في اليوم التالي لزرع القطب الكهربائي ، بدأ الفريق في محاولة مساعدة الرجل على التواصل. في البداية ، طُلب من الرجل تخيل القيام بحركات جسدية – وقد ساعد هذا متلقين آخرين على التحكم في الأطراف الاصطناعية والهياكل الخارجية ، وهو النهج الذي تخطط شركة نيورالينك التابعة لإيلون ماسك لاتباعه. الفكرة هي الحصول على إشارة موثوقة من الدماغ ، وترجمتها إلى نوع من الأوامر.
لكن الفريق لم يتمكن من تشغيله. بعد 12 أسبوعًا من المحاولة ، قاموا بذلك
ألغت الفكرة وقررت تجربة نهج يسمى الارتجاع العصبي بدلاً من ذلك. يعمل الارتجاع العصبي من خلال إظهار نشاط دماغ الشخص في الوقت الفعلي حتى يتمكن من تعلم كيفية التحكم فيه. في هذه الحالة ، عندما تسجل الأقطاب الكهربائية في دماغ الرجل زيادة في النشاط ، يقوم الكمبيوتر بتشغيل نغمة صوتية متزايدة. سيؤدي انخفاض نشاط الدماغ إلى نغمة تنازلية.
يقول تشودري ، الذي قال إنه كان يزور الرجل في منزله كل يوم من أيام الأسبوع خلال عام 2019 ، حتى إصابة فيروس كورونا: “في غضون يومين ، كان قادرًا على زيادة وتقليل وتيرة نغمة الصوت”. “لقد كان أمرًا لا يصدق.” تعلم الرجل في النهاية التحكم في نشاط دماغه حتى يتمكن من تشغيل نغمة صاعدة للإشارة إلى “نعم” ونغمة تنازلية للإشارة إلى “لا”.
ثم قدم الفريق برنامجًا يحاكي نظام الكمبيوتر الورقي الذي استخدمه الرجل في الأصل للتواصل مع عائلته. كان الرجل يسمع كلمة “أصفر” أو “أزرق” على سبيل المثال ، لاختيار مجموعة من الأحرف للاختيار من بينها. سيتم تشغيله بعد ذلك بأحرف فردية ويستخدم نغمة صاعدة أو تنازلية إما لتحديد أو رفض كل منها (انظر الفيديو).
جهد
بهذه الطريقة ، سرعان ما تمكن الرجل من إيصال جمل كاملة. يقول تشودري ، الذي نشر مع زملائه النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Nature Communications يوم الثلاثاء: “كانت [عائلته] متحمسة جدًا لسماع ما سيقوله”. تُرجمت إحدى الجمل الأولى التي تهجئها الرجل على أنها “الأولاد ، إنها تعمل دون عناء.”
كان الاتصال لا يزال بطيئًا – يستغرق تحديد كل حرف حوالي دقيقة. لكن يعتقد الباحثون أن الجهاز قد أدى إلى تحسن كبير في نوعية حياة الرجل. لقد طلب وجبات وشوربات محددة ، ووجه القائمين على رعايته بكيفية الحركة وتدليك ساقيه ، وطلب مشاهدة الأفلام مع ابنه الصغير ، على سبيل المثال. جملة واحدة تُرجمت على أنها “أنا أحب ابني الرائع”.
يقول تشودري: “في كثير من الأحيان ، كنت معه حتى منتصف الليل ، أو بعد منتصف الليل”. “الكلمة الأخيرة كانت دائمًا” بيرة “.”
تُرجمت إحدى الجمل الأولى التي تهجاها الرجل على أنها “الأولاد ، إنها تعمل دون عناء.”
يتصور تشودري تطوير فهرس للكلمات المستخدمة بشكل متكرر والذي يمكن أن يسمح في النهاية للبرنامج بالإكمال التلقائي لكلمات الرجل أثناء تهجئتها ، على سبيل المثال. يقول: “هناك العديد من الطرق التي يمكن أن نجعلها أسرع”.
لا أحد يعرف كم من الوقت ستستمر الأقطاب الكهربائية في دماغ الرجل ، لكن دراسات أخرى وجدت أن أقطابًا كهربائية مماثلة لا تزال تعمل بعد خمس سنوات من زرعها في أشخاص آخرين. لكن بالنسبة إلى الشخص المحبوس ، “يمكن ليوم واحد أن يحدث فرقًا” ، كما يقول كيانوش نزاربور من جامعة إدنبرة ، والذي لم يشارك في العمل. يقول: “هذه فرصة أساسية لهم لاستعادة الاختيار والسيطرة على حياتهم”. “يمكن أن يكون يومًا بجودة عالية أمرًا مهمًا حقًا لهذا الشخص”.
يعتقد نزاربور أنه يمكن تقديم التكنولوجيا بشكل روتيني للأفراد المحبوسين بالمثل في غضون 10 إلى 15 عامًا القادمة. “بالنسبة لشخص ليس لديه أي اتصال على الإطلاق ، حتى” نعم “/” لا “من المحتمل أن تغير حياته” ، كما يقول.
يوافق بريان ديكي ، مدير تطوير الأبحاث في جمعية أمراض الأعصاب الحركية في المملكة المتحدة ، على أن هذا الجدول الزمني واقعي. لكنه يتساءل عن عدد الأشخاص المصابين بمرض العصبون الحركي – والذي يعد ALS هو النوع الأكثر شيوعًا منه – والذين يمكنهم الاستفادة من BCIs.
النكسات
الرجل الذي تلقى BCI لديه شكل من أشكال ALS يسمى الضمور العضلي التدريجي (PMA). يميل هذا النوع من المرض إلى استهداف الأعصاب الحركية التي تنتقل من العمود الفقري إلى العضلات ، مما يجعل الأشخاص غير قادرين على التحكم في عضلاتهم. يقول ديكي إن حوالي 95٪ من حالات الإصابة بمرض التصلب الجانبي الضموري تنطوي أيضًا على تنكس القشرة الحركية في الدماغ أيضًا.
قصة ذات صلة
رجل أجرى عملية زرع دماغ على Neuralink لـ Musk: “سألعب ألعاب الفيديو”
يتحدث ناثان كوبلاند ، وهو موضوع بحثي رائد ، عن واجهته بين الدماغ والكمبيوتر ولماذا هو متحمس لإيلون ماسك.
حتى الأشخاص الذين يعانون من PMA يمكنهم تجربة هذا الانحطاط ، وهو ما قد يفسر لماذا ، منذ اكتمال الدراسة ، يبدو أن الرجل فقد بعضًا من قدرته على التواصل. يقول بيرباومر ، خلال الشهر الماضي أو نحو ذلك ، استخدم الرجل الجهاز فقط للتعبير عن “نعم” أو “لا”.
يقول بيرباومر: “ليس لدي أدنى فكرة عن سبب قوله” نعم ولا “فقط وعدم صياغة الجمل ، لكن هذا يحدث من وقت لآخر. “يمكن أن يكون العديد من الاسباب لهذا.”
من الممكن أيضًا ، على سبيل المثال ، أن تكون الخلايا المتخصصة في الدماغ قد تعرفت على القطب الكهربائي باعتباره غريبًا وتجمع حوله ، مما يحد من قدرته على العمل. يقول بيرباومر: “قد تكون أسبابًا نفسية ، أو أسبابًا تقنية ، أو أسبابًا متعلقة بالقطب الكهربي … ولكن على الأقل يتمتع بصحة جيدة ويتمتع بنوعية حياة جيدة ، كما يتواصل”.
إذا فشل القطب في النهاية ، فقد يطلب أفراد عائلة الرجل إزالته واستبداله بآخر ، ربما في منطقة دماغية مختلفة. لكن في الوقت الحالي ، يكفي امتلاك القدرة على قول “نعم” و “لا” ، كما يقول بيرباومر. “أخبرتني [الأسرة] … أن معظم المعلومات التي يحتاجونها تم تبادلها في فايعام ونصف الأول “، كما يقول (لقد طلب أفراد الأسرة أنفسهم الخصوصية في هذا الوقت). “مع” نعم “و” لا “يمكنك قول أشياء كثيرة … إذا طرحت الأسئلة الصحيحة.”
