|
|
سبد خرید ( 0 )
|
مقایسه ( 0 )
|
لیست استعلام ( 0 )
آخرین اخبار
آخرین مقالات
معرفی شرکت Testo
شنبه، 09 دی، 1396
معرفی شرکت Pepperl + Fuchs
چهارشنبه، 12 مهر، 1396
معرفی شرکت Sick
سه شنبه، 11 مهر، 1396
اندازه گیری مقاومت الکترود زمین (بخش دوم)
شنبه، 01 مهر، 1396
معرفی شرکت Han Seung
سه شنبه، 31 مرداد، 1396
آرشیو مقالات ...

گام موثر در فناوری خوانش مغز

متن خبر:


سال ها است که فناوری های رصد کننده ذهن انسان ها برای پایش افکارشان موضوع روایت های علمی‌ تخیلی بوده اند. اما در سال های اخیر دانشمندان گام های ارزنده ای در جهت ساختن این فناوری ها برداشته اند. برای مثال در حال حاضر رابط های مغزی ـ رایانه ای ساخته شده اند که به فرد توانایی می‌دهند کلمات را با استفاده از یک صفحه کلید مجازی بنویسند. تیمی‌از پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا هم توانسته اند کلماتی را به طور کامل از درون ذهن بیماران مبتلا به صرع بخوانند. علاوه بر این، آنها با وسیله ابداعی خود می‌توانند برخی از افکار انسان را نیز خوانش کنند.
آنها آزمایش خود را روی تعدادی از بیماران مبتلا به صرع داوطلب که قرار بود برای کاشت ایمپلنت تحت عمل جراحی قرار بگیرند انجام دادند. برای این منظور بیماران به یک سری پرسش گوش کردند و پاسخ های از پیش تعیین شده ای را ارائه دادند. سپس پژوهشگران از داده های موجود در میله های درون کاشت استفاده کردند تا به یک سیستم شناسایی و رمزگذاری کننده آموزش دهند کلمات را بر اساس الگوهای امواج مغزی تشخیص دهد. اما به جای این که شنیدن و پاسخ دادن را دو عمل جداگانه در نظر بگیرند، آنها را با هم به کار گرفتند. با این کار سیستم آنها می‌توانست از موقعیتی که در آن قرار گرفته برای تعیین کلمه ای که ادا می‌شد استفاده کند.
نتیجه به دست آمده این بود که سیستم ابداعی توانست تفاوت بین مغزی که گوش می‌داد و مغزی که در حال ساختن واژگان درونی بود را تمیز دهد. دیگر این که دقت آن در رمزگشایی امواج مغزی به هنگام رمزگشایی آنچه می‌شنید ۶۱ درصد و به هنگام رمزگشایی کلمات ادا شده ۷۶ درصد بود.
***
در اواخر قرن نوزدهم شعبده باز و ذهن خوانی به نام «واشینگتن ایروینگ بیشاپ» معروف به «ولینگتن» برنامه‌هایی اجرا می‌کرد تا به مردم نشان دهد که می‌تواند افکار دیگران را بخواند. او هیچ ادعایی مبنی بر بهره گیری از نیروهای ماوراء طبیعی نداشت، بلکه قدرت خود در خوانش افکار را نشأت گرفته از حساسیت ماهیچه ای (muscular activity)می‌دانست. گروهی از دانشمندان آن زمان از جمله سردبیر ژورنال «بریتیش مدیکال» روی بیشاپ مطالعاتی انجام دادند. بیشاپ در حضور آنها چند کار برجسته از خود نشان داد. برای مثال، نقطه دقیقی را که آنها روی میز انتخاب کرده بودند شناسایی کرد یا محل شیئی را که پنهان کرده بودند برملا کرد. او برای نشان دادن توانایی خود نیاز داشت با کسی که پاسخ درست را می‌داند تماس فیزیکی داشته باشد، مثلاً دست او را بگیرد. سرانجام دانشمندان به این نتیجه رسیدند که بیشاپ یک دورخوان مغز یا تله پاتی کننده استثنایی نیست، بلکه با استفاده از مهارتی که در سطح بسیار بالا در خود پرورش داده حرکات «فکری ـ حرکتی» ( ideomotor) را تشخیص می‌دهد.
اکنون که در قرن بیست و یکم به سر می‌بریم نابغه‌های دنیای رایانه و مهندسی مانند «مارک زاکربرگ» برنامه نویس و «ایلان ماسک» مخترع که بنیان گذاران شرکت‌های توسعه دهنده فناوری Facebookو Neuralinkدر زمینه علوم رایانه و نوروتکنولوژی هستند، جای افرادی مثل بیشاپ را گرفته اند.
به نظر می‌رسد پایش عملیات‌های ریز و درشتی که کاربران در اینترنت انجام می‌دهند فیس بوک را راضی نکرده است. فیس بوک حالا تصمیم دارد ذهن ما را هم بخواند! این شرکت در راه ساختن وسیله ای است که می‌تواند امواج مغزی افراد را بخواند تا آنها بتوانند تنها با فکر کردن کلمات را تایپ کنند. ایلان ماسک قصد دارد گام را از این هم فراتر بگذارد؛ او می‌خواهد یک «درون کاشت» (ایمپلنت) مغزی بسازد که قابلیت متصل کردن ذهن‌های افراد را به طور مستقیم به رایانه داشته باشد.



این ایده برگرفته از فناوری‌های دنیای علمی‌ تخیلی است و محکی برای اطمینان از این است که انسان‌ها می‌توانند خود را با هوش مصنوعی هم گام کنند. اما به نظر می‌رسد بخش هشدار دهنده کاربرد این گونه فناوری‌ها در این ایده نادیده گرفته شده باشد: این سیستم‌های خواننده ذهن در حریم خصوصی، امنیت، هویت شخصی و ایمنی شخصی انسان‌ها تأثیر می‌گذارند.
اگرچه این فناوری‌ها نوظهور و آینده گرایانه به نظر می‌رسند اما چندان هم بی شباهت به تجهیزات و روش‌های مربوط به علم اعصاب فعلی مانند دستگاه «پویشگر اِم آر آی»(MRI) و نوار مغزی یا «الکتروانسفالوگرافی» (EEG)که در سراسر دنیا استفاده می‌شوند نیستند.
همین حالا هم می‌توانیم یک کیت پیشرفته بخریم تا با استفاده از آن با مغز خود یک پهپاد را هدایت کنیم. بنابراین ساخت وسیله ای که بتواند با فرمان گرفتن از مغز کلمات را تایپ کند چندان دور از تصور نیست. پیشرفت و تازگی این ابداع در به کارگیری یادگیری ماشین است تا از این طریق مقادیر داده‌های زیادی که مغز ما جمع آوری می‌کند غربال شوند و فقط الگوهایی در فعالیت نورون‌ها پیدا و انتخاب شوند که افکار را به واژه‌های مشخصی مرتبط می‌کنند.
اما برای ساخته شدن یک ایمپلنت مغزی به مراتب زمان بسیار بیشتری لازم است. پیشرفت‌های چشمگیری در زمینه تولید اجزای مورد نیاز برای الکترودها و جراحی با روبات‌ها برای کاشت ایمپلنت‌ها صورت گرفته است. اگر این فناوری به خوبی بسته بندی شود می‌توان با کمک USBآن را خواند.
این دو فناوری می‌توانند در حوزه پزشکی کاربرد داشته باشند. ولی زمانی که این شرکت‌ها مستقیماً در حال جمع آوری افکار از مغزهای ما هستند، بحث مسائل اخلاقی به طرز متفاوتی مطرح می‌شود. هر سیستمی‌که بتواند به طور مستقیم از مغز ما داده بردارد بدون شک تهدیدی برای زندگی شخصی ما به حساب می‌آید. همین حالا هم شرکت‌های رایانه‌ای و دولت‌ها تا می‌توانند داده‌های شخصی افراد را جمع آوری می‌کنند و به شیوه‌هایی آنها را به کار می‌برند که به طور حتم مورد تأیید هیچ کدام از ما نیست. از کجا بدانیم که آنها افکار شخصی و غیر عمدی ما را به همراه فرمان‌ها و سفارش‌هایی که می‌خواهیم به این فناوری بدهیم کپی برداری نمی‌کنند؟!
این فناوری دریچه ای به ذهن افراد باز می‌کند که می‌تواند دسترسی به داده‌هایی مانند جنسیت افراد، نژاد، ایدئولوژی‌های سیاسی یا حتی راه‌های مختلف اندیشیدن و تعاملات اجتماعی که شامل اوتیسم هم می‌شود را آسان تر کند.
با وجود قطعه ای هوشمند که مستقیم به مغز تلنگر وارد می‌کند، افکار ما علاوه بر این که ربوده می‌شوند، ممکن است دستکاری هم شوند. در حال حاضر روش‌هایی برای تحریک مغز به منظور درمان سندرم PTSD (اختلال تنش زا پس از وقوع یک سانحه) و کاهش خشونت در افراد به کار برده می‌شوند. حتی برخی ادعا کرده اند که با استفاده از این نوع ایمپلنت و تحریک مغز می‌توان علوم و دانسته‌ها را مستقیماً آپلود کرد، مانند آنچه در فیلم‌های علمی‌تخیلی دیده ایم.
می‌توان پیش بینی کرد که تحریکات درونی و بیرونی با هم ترکیب شده تا نوعی رابط دو سویه مغز ـ رایانه ایجاد شود. در این صورت دور از انتظار نیست که دولت‌ها افراد را موافق و مطیع خود کنند، کارفرمایان کارکنان خود را به بیشتر کارکردن وا دارند و شرکت‌های تجاری کاری کنند که مدام بخواهیم محصولات بیشتری از آنها بخریم. به این دلیل باید روی دیگر سکه را در ظهور این فناوری جدی بگیریم.
اگر کاربرد وسیله ای که قادر به خواندن امواج مغزی است برای نگارش متون با رایانه رایج شود، شاید حق انتخاب دیگری جز پذیرش آن نداشته باشیم، چون نمی‌خواهیم از همکارها و هم کلاسی‌های خود که با این فناوری در کار و درس خود موفق می‌شوند عقب بمانیم. همچنین، در صورتی که افراد به قطعه درون کاشت برای برقراری ارتباط مستقیم بین مغز و رایانه عادت کنند نوعی نا برابری پیش خواهد آمد، چون افراد بر اساس توان مالی خود یک کیت ساده تر یا پیشرفته تر را برای نصب شدن در مغزشان انتخاب خواهند کرد. این که شخصی برای انجام این جراحی مجبور شود مبالغ زیادی به بانک یا دیگران بدهکار شود فقط برای این که شغل خود را از دست ندهد موضوعی است که شرکت ایده پرداز «ایلان ماسک» به آن فکر کرده و احتمال می‌دهد که با درآمد حاصل از ارتقای محصول می‌تواند هزینه جراحی را کاهش دهد.
مهم ترین ایراد کاشت ایمپلنت مغزی خطری است که به طور مستقیم متوجه مغز و دستگاه عصبی می‌شود. مسلماً افرادی داوطلب خواهند بود تا عملکرد مغزشان را با یک رابط رایانه ای تغییر دهند، البته اکنون
«زیست‌هکرهای» زیادی هستند که به طور تجربی این کار را یادگرفته اند. اما پیش از نصب این درون کاشت در مقیاس زیاد لازم خواهد بود آزمایش‌های کامل و متعددی روی آن انجام شوند. حتی پیش از آزمایش کردن آن، باید مقررات و چارچوب‌های اخلاقی لازم برایش تعیین شود.
علی رغم همه این‌ها، پژوهش در این زمینه باید ادامه پیدا کند چون این فناوری‌ها می‌توانند به خدمت افراد از کار افتاده، فلج، و کسانی که دچار اختلالات حسی هستند در آید.
دغدغه بسیاری از دانشمندان، طراحی فناوری‌هایی است که زندگی را برای افرادی که به دلیل نقص مادرزادی یا وقوع حادثه سلامت جسمی‌خود را از دست داده اند آسان تر می‌کنند. رابط‌های مغزی ـ رایانه ای (BCIs)یک نمونه آنها است که به افراد دچار ناتوانی شدید جسمی‌یا گفتاری کمک می‌کند با استفاده از رایانه ای که افکارشان را ترجمه می‌کند با محیط پیرامونشان تعامل برقرار کنند. درون کاشت ابداعی که شرکت Neuralinkطرح آن را معرفی کرده بر پایه رابط‌های مغزی ـ رایانه ای عمل می‌کند و متشکل از الکترودهای فوق العاده نازک و انعطاف پذیری است که درون قشر مغز (لایه نازک خاکستری پوشاننده سطح مغز) کاشته می‌شود تا افراد را با جهان دیجیتالی ارتباط دهد.
در دهه‌های اخیر، نتایج چشمگیری از این مطالعات به دست آمده اند. در چندین مورد پژوهشی، رابط‌های عصبی به اندازه انگشت که دارای صد الکترود ریز بودند در قشر مغزی بیماران مبتلا به فلج چهار اندام کاشته شدند. رابط مغز ـ رایانه این امکان را به بیمارها می‌دهد تا یک بازوی روباتیک را جهت انجام دو حرکت، یعنی دراز کردن دست به سوی یک شیء و گرفتن آن هدایت کنند. بازو با فکر کردن آنها به حرکت در می‌آید، یعنی زمانی که آنها به حرکت دادن دست فلج خودشان فکر می‌کنند.
فناوری‌های جدید به خدمت افراد دچار بیماری «نشانگان قفل شدگی» (locked-in syndrome)نیز درآمده اند. این افراد علی‌رغم داشتن هوشیاری، تکلم ندارند و نمی‌توانند به غیر از حرکت عمودی چشم‌ها عضو دیگری از بدن خود را به حرکت در آورند. با این حال تعدادی از آنها که مورد مطالعه بودند توانستند به پرسش‌هایی که می‌شنیدند با “بله” یا “خیر” پاسخ دهند. در مورد آنها از «طیف نگاری کارکردی مادون قرمز نزدیک» یا به اختصار « fNIRS» به عنوان روشی غیر تهاجمی‌به منظور اندازه گیری تغییرات اکسیژناسیون خون (ترکیب خون با اکسیژن) استفاده شد. نتیجه نیز با کمک یک الگوریتم یادگیری ماشین مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
علی رغم این موفقیت‌ها، هنوز راه زیادی در پیش است تا رابط‌های مغزی ـ رایانه ای بتوانند افکار انسان‌ها را بخوانند. فناوری «BCI» هنوز مرحله کودکی خود را طی می‌کند و کاربرد آن به ندرت در زندگی روزمره دیده شده است. دلایل زیادی در این باره وجود دارد؛ یکی از آنها این است که رابط‌هایی با الکترود درون کاشتی باید با عمل جراحی که یک روش تهاجمی‌است در بدن کار گذاشته شوند، پس خطر عفونی شدن بدن هم وجود دارد. به علاوه، کیفیت سیگنال‌های الکترودهایی که در حال حاضر به کار می‌روند پس از چند ماه پایین می‌آید. بنابراین فقط در صورت معلولیت مزمن شدید از BCI درون کاشت استفاده می‌شود. رابط‌های مغزی ـ رایانه ای غیر تهاجمی‌این مزیت را دارند که ایمن تر و رایج تر هستند، اما نقاط ضعف زیادی دارند.
یکی از اشکالات آنها این است که قدرت سیگنال‌هایشان بسیار کمتر از الکترودهایی است که با جراحی درون کاشت می‌شوند، چون فاصله آنها از مغز بیشتر است. مشکل دیگر این است که حرکات پیشانی، چشم‌ها یا عضلات گردن در ارسال سیگنال‌ها اختلال ایجاد می‌کنند. حتی در کاربرهای خوب آموزش دیده نیز این رابط‌ها فقط فرمان‌های ساده را در ۶۰ تا ۹۰ درصد موارد به درستی تعبیر می‌کنند. این برای کاربردهایی از قبیل کنترل یک صندلی چرخ دار کافی نیست و ایمنی فرد به مخاطره می‌افتد. ترکیب نوار مغزی و BCIبرای اعلام فرمان هم نیازمند این است که کاربر از نیروی ادراکی خود در حد بالایی استفاده کند و یک پنجم افراد موفق نمی‌شوند به درستی رابط را در کنترل خود در آورند.
رابط‌های مغزی ـ رایانه ای نمی‌توانند ذهن خوانی کنند و این اتفاق به این زودی‌ها رخ نخواهد داد. سیستم‌های BCI الگوهای فعالیت نورونی را که از برخی افکار یا کارهای ادراکی سرچشمه می‌گیرند تشخیص می‌دهند. اما باید دانست که فرمان دادن با کمک افکار با خوانش ذهن تفاوت دارد.
پژوهشگران علوم اعصاب «دانشگاه کلمبیا» هم با دیدگاه کمک به افراد ناتوان سیستمی‌پدید آورده اند که افکار انسان را به گفتاری قابل فهم و واضح تبدیل می‌کند. صحبت از یک الگوریتم رایانه ای است که با پایش فعالیت مغزی یک شخص، می‌تواند کلماتی را که شنیده خواهند شد را با درجه وضوح بی سابقه ای بازسازی کند. این دستاورد که از قدرت متن به گفتار (speech synthesizers)و هوش مصنوعی بهره می‌گیرد، می‌تواند راه‌های جدیدی برای برقراری ارتباط مستقیم رایانه‌ها با مغز انسان باز کند. به علاوه زمینه را برای کمک به افرادی که توانایی صحبت کردن ندارند، مانند مبتلایان به بیماری «اسکلروز جانبی آمیوتروفیک» (ALS)یا افرادی که سکته را پشت سر گذاشته اند فراهم می‌کند تا دوباره توانایی ارتباط برقرار کردن با دیگران را به دست آورند.
از دست دادن صدا یا تکلم در اثر آسیب دیدگی یا بیماری بسیار زجرآور است، اما به لطف فناوری جدید این توانایی دوباره به افراد داده می‌شود، چون افکار آنها رمزگشایی و برای شنوندگان قابل فهم می‌شوند.
دهه‌ها پژوهش نشان داده اند که وقتی افراد صحبت می‌کنند یا حتی صحبت کردن را تصور می‌کنند، الگوهای آشنای تکلم در مغز ظاهر می‌شوند. هنگامی‌که کسی برایمان حرف می‌زند نیز الگوی متمایزی از سیگنال‌ها پدیدار می‌شوند. کارشناس‌هایی که این الگوها را دوباره رمزنویسی و رمزگشایی می‌کنند آینده ای را می‌بینند که در آن افکار دیگر مجبور نیستند خودشان را در مغز پنهان کنند، بلکه می‌توانند هر وقت می‌خواهند به کلام ترجمه شوند. اما انجام این کار دشوار است. تلاش‌های پیشینی که برای رمزگشایی سیگنال‌های مغزی صورت گرفته اند مبتنی بر مدل‌های ساده رایانه ای بودند که طیف نگاره‌ها را مورد مطالعه و آزمایش قرار می‌دادند. طیف نگاره‌ها نمایش تصویری فرکانس‌های صوتی هستند.
با این رویکرد نمی‌شد چیزی که شبیه به گفتار قابل فهم و روشن باشد به وجود آورد. به این خاطر بود که دانشمندان دانشگاه کلمبیا به نوعی «واکودر» (vocoder) که تبدیل کننده امواج به سخن و بالعکس است رو آورند. این تبدیل کننده یک الگوریتم رایانه ای است که می‌تواند پس از یادگرفتن از روی صحبت‌های ضبط شده افراد، گفتار را تولید کند.
پژوهشگران برای این که به الگوریتم رایانه ای تعلیم دهند چطور فعالیت مغز را ترجمه کنند، با مبتلایان به بیماری صرع کار کردند. آنها از بیماران صرعی که پیش تر تحت عمل جراحی قرار گرفته بودند خواستند به جملات افراد دیگر گوش دهند تا در این حین، الگوهای فعالیت مغزی آنها را اندازه گیری کنند. این الگوهای نورونی نقش تعلیم دهنده به واکودر (vocoder) را داشتند. سپس از همان بیماران خواستند به صدای کسانی که اعداد ۰ تا ۹ را نام می‌برند گوش دهند تا همزمان با آن سیگنال‌های مغزی را برای خوانده شدن درواکودر ضبط کنند. صدایی که در پاسخ به سیگنال‌ها در واکودر تولید شد توسط شبکه‌های نورونی تجزیه تحلیل و تصفیه شد. شبکه‌های نورونی نوعی هوش مصنوعی است که ساختار نورون‌های مغز بیولوژیکی را کپی و از آن تقلید می‌کند.
محصول نهایی صدایی روباتیک بود که ترتیبی از اعداد را تکرار می‌کرد. پژوهشگران پی بردند که در ۷۵ درصد مواقع شنوندگان می‌توانستند صداها را بفهمند و تکرار کنند. در مقایسه با آزمایش‌هایی که با طیف نگار انجام شدند تفاوت چشمگیری حاصل شده بود. واکودر حساس و شبکه عصبی پرقدرت نماینده صداهایی بودند که بیماران در ابتدا کاملاً دقیق شنیده بودند.

 

آمار مربوط به این مطلب:
تعداد بازدید:55
نظرات
در این رابطه هیچ نظری توسط کاربران نوشته نشده است
بازگشت