لقد أظهرت واجهات الدماغ والحاسوب آفاقًا عظيمة كروابط ثنائية الاتجاه في الوقت الفعلي بين الأدمغة الحية والمحركات. لقد أدى الذكاء الاصطناعي، الذي يمكنه تعزيز تحليل وفك تشفير النشاط العصبي، إلى تعزيز مجال واجهات الدماغ والحاسوب. على مدى العقد الماضي،
إذ و ظهرت مجموعة واسعة من تطبيقات واجهات الدماغ والحاسوب بمساعدة الذكاء الاصطناعي. وقد أظهرت واجهات الدماغ والحاسوب “الذكية” هذه، بما في ذلك واجهات الدماغ والحاسوب الحركية والحسية، نجاحًا سريريًا ملحوظًا، وحسنت نوعية حياة المرضى المشلولين، ووسعت القدرة الرياضية للناس العاديين، وعجلت بتطور الروبوتات والاكتشافات العصبية الفسيولوجية.
ومع ذلك، وعلى الرغم من التحسينات التكنولوجية، تظل التحديات قائمة فيما يتعلق بفترات التدريب الطويلة، والتغذية الراجعة في الوقت الفعلي، ومراقبة واجهات الدماغ والحاسوب. في هذه المقالة، يستعرض المؤلفون الحالة الحالية للذكاء الاصطناعي كما يتم تطبيقه على واجهات الدماغ والحاسوب ويصفون التقدم في تطبيقات واجهات الدماغ والحاسوب، وتحدياتها وأين يمكن أن تتجه في المستقبل.
تاتي و مع الانفجار الكبير في التكنولوجيا، بدأت الحدود بين البشر والآلات تضيق. لقد أصبحت خيالاتنا العلمية المذهلة التي تصف “التحكم في العقل” حقيقة تدريجيًا بمساعدة الآلات. وتتمثل حدود هذه التقنيات الجديدة في واجهات الدماغ والحاسوب (BCIs) والذكاء الاصطناعي (AI). كانت النماذج التجريبية لواجهات الدماغ والحاسوب والذكاء الاصطناعي تُطوَّر وتُطبَّق عادةً بشكل مستقل عن بعضها البعض. ومع ذلك، يفضل العلماء الآن الجمع بين واجهات الدماغ والحاسوب والذكاء الاصطناعي، مما يجعل من الممكن استخدام الإشارات الكهربائية للدماغ بكفاءة لمناورة الأجهزة الخارجية
بالنسبة للأشخاص ذوي الإعاقة الشديدة، قد يكون تطوير واجهات الدماغ والحاسوب أهم إنجاز تكنولوجي منذ عقود (2). يمكن لواجهات الدماغ والحاسوب، التي تمثل تقنيات مصممة للتواصل مع الجهاز العصبي المركزي والأعضاء الحسية العصبية، أن توفر قناة اتصال مستقلة عن العضلات للأشخاص المصابين بأمراض تنكسية عصبية، مثل التصلب الجانبي الضموري،
لا يستطيع علماء الأعصاب التمييز بشكل لا لبس فيه بين نوايا الشخص من النشاط الكهربائي الخلفي المسجل في الدماغ ومطابقته مع تصرفات الذراع الآلية (10). والسبب وراء هذا القيد هو أن الارتباطات العصبية للظواهر النفسية غير دقيقة وغير مفهومة جيدًا (11). لحسن الحظ، قطعت التطورات الأخيرة في منهجيات الذكاء الاصطناعي خطوات كبيرة، مما يؤكد أن الذكاء الاصطناعي يتفوق على البشر في فك تشفير الإشارات العصبية وترميزها (12). وهذا يوفر للذكاء الاصطناعي فرصة عظيمة ليكون مساعدًا مثاليًا في معالجة الإشارات من الدماغ قبل وصولها إلى الأطراف الاصطناعية.
الذكاء الاصطناعي هو مجموعة من الأساليب العامة التي تستخدم الكمبيوتر لنمذجة السلوك الذكي مع الحد الأدنى من التدخل البشري، وفي النهاية يضاهي الأداء البشري ويتفوق عليه في التطبيقات الخاصة بالمهمة (13). عندما يعمل الذكاء الاصطناعي داخل واجهات الدماغ والحاسوب، يتم توفير المعلمات الداخلية للخوارزميات باستمرار، مثل مدة النبضات وسعاتها، وترددات التحفيز، واستهلاك الطاقة من قبل الجهاز، وكثافة التحفيز أو التسجيل، والخصائص الكهربائية للأنسجة العصبية (14). بعد تلقي المعلومات، يمكن لخوارزميات الذكاء الاصطناعي تحديد الأجزاء والمنطق المفيدين في البيانات ثم إنتاج النتائج الوظيفية المرغوبة في نفس الوقت (15). على الرغم من أن هذه الدراسات لا تزال إلى حد كبير في مجال البحث السريري، إلا أن التطوير المستمر قد يسلط الضوء على التغييرات القابلة للتنفيذ سريريًا في واجهات الدماغ والحاسوب.
في فجر التحول التكنولوجي، جذب انتباهنا أيضًا ميل إلى الجمع بين واجهات الدماغ والحاسوب والذكاء الاصطناعي. هنا، نستعرض التطبيقات الحالية مع التركيز على حالة واجهات الدماغ والحاسوب والدور الذي يلعبه الذكاء الاصطناعي والاتجاهات المستقبلية لواجهات الدماغ والحاسوب القائمة على الذكاء الاصطناعي
الوصف التخطيطي لواجهات الدماغ والحاسوب القائمة على الذكاء الاصطناعي. بمساعدة الذكاء الاصطناعي في معالجة الإشارات، تم توسيع تطبيقات واجهات الدماغ والحاسوب بشكل كبير، بما في ذلك التحكم في المؤشر، والإحساس السمعي، والتحكم في الأطراف، وأجهزة التهجئة، والإحساس الجسدي، والأطراف الاصطناعية البصرية. يمكن وصف الدائرة على النحو التالي. أولاً، تكتشف الأقطاب الكهربائية الدقيقة الإشارات من القشرة المخية البشرية وترسلها إلى الذكاء الاصطناعي. ثانيًا، يتولى الذكاء الاصطناعي معالجة الإشارات، والتي تتضمن استخراج السمات والتصنيف. ثالثًا، يتم إخراج الإشارات المعالجة لتحقيق الوظائف المذكورة أعلاه. أخيرًا، يتم إرسال الملاحظات إلى القشرة المخية البشرية لضبط الوظيفة. واجهات الدماغ والحاسوب، واجهات الدماغ والحاسوب
ما هي نظرية العقل في الذكاء الاصطناعي؟
هي أحد أنواع الذكاء الاصطناعي الذي يتفاعل مع أفكار وعواطف البشر. يركز على الأفراد الذين يمكن فهم أفكارهم بواسطة عوامل متعددة، بحيث يكون لنظرية العقل في الذكاء الاصطناعي فهماً أفضل للكيانات التي يتفاعل معها، من خلال معرفة احتياجاتها وعمليات تفكيرها وعواطفها ومعتقداتها
كيف يؤثر الذكاء الاصطناعي على الدماغ ؟
عندما تتولى أنظمة الذكاء الاصطناعي المهام المعرفية، قد يعاني الأفراد من انخفاض في المشاركة والتحفيز العقلي . يمكن أن يؤدي الافتقار إلى المشاركة المعرفية النشطة إلى انخفاض في التفكير النقدي ومهارات حل المشكلات والإبداع.
التطبيقات في التحكم في المؤشر
ركزت الدراسات المبكرة على التحكم في مؤشرات فأرة الكمبيوتر الشخصية للمرضى المصابين بالشلل من خلال واجهات الدماغ والحاسوب ذات الجدوى العالية (16،17). تتضمن المكونات الأساسية لواجهة الدماغ والحاسوب للتحكم في المؤشر مستشعرًا لتسجيل الإشارات العصبية، وفك تشفير لتفسير نوايا الحركة، ومؤشر كمبيوتر يتفاعل مع البيئة الخارجية
أظهرت دراسة رائدة نُشرت عام 2000 بواسطة كينيدي وزملائه لأول مرة أنه يمكن فك شفرة جهاز BCI الغازي المزود بإلكترود خاص مزروع في الطبقات الخارجية من القشرة الحديثة البشرية لتشغيل مؤشر على شاشة الكمبيوتر
أظهرت الدراسات التي أجريت على الرئيسيات غير البشرية أن أجهزة BCI للتحكم في المؤشر يمكنها تحقيق تكامل عصبي متعدد الأبعاد بدرجتين أو أكثر من الحرية (20). يمكن تحقيق التحكم في المؤشر أحادي البعد (1D) باستخدام تخطيط كهربية الدماغ مع عدم التزامن المرتبط بالحدث، باستخدام أشجار القرار التي تربط التحديدات بشكل متسلسل معًا لاتخاذ الاختيار النهائي (21،22).
يمكن من خلالها تحقيق التحكم في المؤشر ثنائي الأبعاد (2D) باستخدام تقنيات مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي أو تخطيط كهربية الدماغ . أفاد العمل الأخير في عام 2017 بتطوير واجهة دماغية حاسوبية عالية الأداء وتدخلية للاتصال، باستخدام خوارزميتين لترجمة الإشارات إلى أوامر النقر والنقر: مرشح ReFIT Kalman للتحكم المستمر في المؤشر ثنائي الأبعاد ومصنف الحالة القائم على نموذج ماركوف المخفي للنقر (24). من خلال توفير تحكم عصبي ثنائي الأبعاد على الأقل لمؤشر الكمبيوتر وطريقة اختيار موازية مثل النقر، لا يمكن للمستخدم كتابة أحرف مختارة ذاتيًا فحسب، بل يمكنه أيضًا استخدام تطبيق كمبيوتر أصلي مع المؤشرات، تمامًا كما يمكن للشخص السليم باستخدام الماوس . علاوة على ذلك، حسنت واجهة الدماغ والحاسوب هذه معدل الاتصال إلى 32 حرفًا في الدقيقة، مما يجعل التحكم في المؤشر أكثر كفاءة
على أساس تخطيط كهربية الدماغ لفروة الرأس وتخطيط كهربية الدماغ والإمكانات المستحثة المتزامنة، تم تطوير العديد من أنظمة واجهة الدماغ والدماغ للتحكم في المؤشر، مثل مصفوفة P300 speller وطريقة العرض المرئي التسلسلي السريع (27). أجرت مجموعة Brain Gate أول تجربة بشرية لواجهة الدماغ والدماغ الحركية بدءًا من يونيو 2004، والتي سجلت إشارات من جهاز MEA من Blackrock مكون من 96 قناة مزروع في منطقة ذراع M1 في مريض مصاب بالشلل الرباعي بعد إصابة في الحبل الشوكي العنقي (28). لقد حققوا حركة ثنائية الأبعاد لمؤشر على الشاشة واستخدموا لاحقًا “مؤشر عصبي” لتوجيه حركة الطرف الآلي
التطبيقات في الأطراف الاصطناعية العصبية وإعادة تأهيل الأطراف
لقد تطور تعقيد المهام في دراسات واجهة الدماغ والحاسوب بسرعة من التحكم ثنائي الأبعاد وثلاثي الأبعاد في المؤشر على شاشة الكمبيوتر (29) إلى التحكم في سلوكيات أكثر طبيعية، مثل الوصول والإمساك (30)، والتغذية الذاتية (31)، وحركات الذراع ثنائية اليدين (32). إن مراقبة شخص مصاب بالشلل الرباعي وهو يلتقط كوبًا من القهوة باستخدام ذراع آلية يتم التحكم فيها بواسطة واجهة الدماغ والحاسوب أمر مذهل. تعمل هذه التكنولوجيا المتقدمة بسرعة عن طريق زرع مجموعة من الأقطاب الكهربائية إما على أو في قشرة المحرك لدى الشخص، وهي منطقة الدماغ المشاركة في التخطيط وتنفيذ الحركات (33). ثم يتم تسجيل نشاط الدماغ أثناء انخراط الفرد في المهام المعرفية، مثل تخيل أنه يحرك يده، ويتم استخدامه للتحكم في طرف آلي
بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير العديد من الاستراتيجيات العلاجية لمساعدة مرضى السكتة الدماغية على استعادة بعض الوظائف في الطرف المصاب. ومع ذلك، فإن ما يقرب من 80٪ من جميع الناجين من السكتة الدماغية الذين يعانون من عجز حركي في الطرف العلوي لا يستفيدون من هذه الأساليب (34). تم استكشاف طريقة إعادة تأهيل الأطراف السفلية باستخدام BCIs مؤخرًا (35). يُعتقد أن المبدأ العام هو أن إغلاق الحلقة بين النشاط القشري للنية الحركية والحركة، وبالتالي إنتاج نشاط ردود الفعل الواردة، قد يعيد الاتصالات القشرية الشوكية والقشرية العضلية الوظيفية