رابط مغز و رایانه، همگرایی علوم شناختی و فناوری اطلاعات و ارتباطات

170725-brain-study-2-ew-1258p_2366aca1d593ec3e3d9e218cf10a38f2

قدرت گرفتن الکترونیک و فناوری‌های اطلاعات و ارتباطات، بستر بسیار مناسبی را برای بروز کاربردی شناخت بشر از مغز مهیا کرد. الگوریتم‌های شناختی، پروتکل‌های تفکر و مدل‌های رفتاری به کمک فناوری‌های نوظهور بیش از پیش مورد توجه قرار گرفتند و توانسته‌اند تا حدودی موجب ارتقای کیفیت زندگی بشر شوند. این حوزه نوین که در زمره فناوری‌های همگرا قرار می‌گیرد با عنوان رابط مغز و رایانه (Brain Computer Interface) – اختصارا BCI – شناخته شده‌ است.
فعالیت مغز سیگنال‌های الکتریکی تولید می‌کند که از روی پوست سر، قشر یا درون مغز قابل تشخیص هستند. رابط‌های مغز و رایانه این سیگنال‌ها را به خروجی‌هایی تبدیل می‌کنند که کاربران را قادر می‌سازد بدون دخالت عضلات و اعصاب جانبی به برقراری ارتباط بپردازند. بدین ترتیب، کانال ارتباطی مستقیمی بین مغز و یک وسیله خارجی شکل می‌گیرد که هدف آن انتقال مقصود انسان‌ها از افکارشان به دنیای خارج است. محصولات توسعه‌یافته در این حوزه موجب افزایش قابلیت‌های شناختی انسان خواهد شد. شکل زیر ساختار شکست این حوزه از فناوری را نشان می‏دهد:
روش‏های مختلفی در قسمت‌های متفاوت ساختار مذکور به کار می‏روند. برای مثال، روش EEG برای دریافت و پردازش سیگنال مغزی به کار گرفته می‌شود، اما به خودی خود بازخوردی به مغز نمی‏دهد. همچنین، بسیاری از محصولات کاربردی این حوزه مانند ویلچری که با اراده فرد حرکت می‏کند، بازخوردی به مغز نمی‏دهند. اما دستگاه نوروفیدبک، سیگنال‏هایی را برای بهبود فعالیت مغز تولید می‏کند. این سیگنال‏ها ممکن است از طریق تصویر یا صدا به صورت آگاهانه به فرد داده شوند یا در مواردی ممکن است، مستقیما به مغز خورانده شوند، بدون آنکه آگاهی فرد درگیر شود. بدین ترتیب، هنگامی که از BCI صحبت می‌شود، بازخورد دادن به مغز امری ضروری به حساب نمی‏آید.
لازم است به این نکته اشاره شود که فنون حوزه BCI از نظر نحوه عملکرد به سه دسته تقسیم می‏شوند:
فنون تهاجمی (invasive): در این حالت، حسگر و گاه پردازشگری درون مغز کاشته می‌شود تا سیگنال مغزی را دریافت و/یا سیگنال را به مغز ارسال کند.
فنون نیمه‏تهاجمی (partially invasive): در این حالت، حسگر و گاه پردازشگر در استخوان جمجمه کاشته می‌شود و تماس مستقیمی با بافت مغز ندارد. روش ECoG مشهورترین نمونه در این دسته است.
فنون غیرتهاجمی (non-invasive): در این حالت، سیگنال مغزی از بیرون جمجمه دریافت می‌شود. روش‏های مرسوم و پرکاربردتری مانند EEG، MEG و fMRI در این دسته جای می‏گیرند.
کاربرد و بازار
حوزه BCI در سال‌های اخیر توجه زیادی را هم از نظر تحقیقات و هم از حیث کاربردهای تجاری به خود معطوف کرده است.
با بررسی کاربردها و بازار حوزه BCI و حوزه‌های مرتبط با آن در مرکز راهبردی فناوری‌های همگرا مانند رصد و تحریک مغز در سطح بین‌المللی و در سطح کشور، ۴ حوزه زیر به عنوان بخش‌های اصلی بازار این حوزه شناسایی شده‌اند:
سلامت
تحقیقات
سرگرمی و بازی
رصد و کنترل
هر یک از بخش‌های مذکور خود به زیربخش‌هایی تقسیم می‌شوند. در بخش سلامت، محصولات BCI عمدتا برای رصد مغز و تشخیص بیماری‌ها، کاهش شدت یا درمان اختلالات روانی و توانبخشی به معلولان به کار گرفته می‌شوند. بازار تحقیقات را می‌توان به دو بخش تحقیقات در حوزه شناختی و در حوزه پزشکی تقسیم کرد. سرگرمی‌ها و بازی به دو حوزه نرم‌افزارها و بازی‌های سخت‌افزاری دسته‌بندی می‌شوند. و در حوزه رصد و کنترل، برخی کاربردها برای کنترل انواع مختلف ماشین‌ها طراحی شده‌اند و در حوزه رابط مغز و ماشین (BMI) قرار می‌گیرند و برخی دیگر ارزیابی‌های شناختی مختلفی را در بر می‌گیرند که برای اهدافی غیر از سلامت به کار گرفته می‌شوند. برای نمونه، خدمات نورومارکتینگ در این حوزه جای می‌گیرد. شکل زیر دسته‌بندی بازار را نشان می‌دهد.
گزارش‌های منتشرشده برای بازار محصولات و خدمات BCI رشد مرکب سالانه‌ای در حدود ۱۰ تا ۱۲ درصد پیش‌بینی کرده‌اند که از ۷۶۰ میلیون دلار در سال ۲۰۱۴ به رقمی در حدود ۵/۱ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۲ خواهد رسید. کاربردهای حوزه سلامت بیش از ۵۰ درصد بازار را به خود اختصاص خواهند داد؛ خصوصا بیماری‏های پارکینسون، صرع، فلج و آلزایمر مورد توجه قرار خواهند گرفت. از این رو، سلامت بیشترین مقدار این رشد تا سال ۲۰۲۲ را بر عهده خواهد گرفت و پس از آن، بازی و سرگرمی بیشترین سهم بازار را به خود اختصاص می‌دهد. روش‌های غیر تهاجمی، به علت سهولت در استفاده و کمینه بودن عوارض جانبی اصلی‌ترین روش مورد استفاده است. بر این اساس، پیش‏بینی می‌شود که الکترودهای خشک و دارای تناوب بالا نرخ استفاده از رابط‏های مبتنی بر EEG را افزایش خواهند داد. این تحولات یکپارچه‏سازی الکترودها در کلاه‏ها و حذف فرایندهای پرزحمت مرسوم برای ثبت سیگنال‌های عصبی را ممکن خواهند ساخت.
همچنین، تحلیل‌گران انتظار دارند بازارهای آمریکای شمالی و آسیا-اقیانوسیه گسترده‌ترین سطح استفاده از این فناوری را نشان دهند. در سال ۲۰۱۵، آمریکای شمالی بر بازار رصد مغز غلبه داشته است. افزایش بیماری‏های مختل‏کننده فعالیت عصبی و اختلالات خواب، وجود پوشش بیمه‏ای برای فنون رصد مغزی، شکل‏گیری شبکه قدرتمند توزیع و فروش شرکت‏های پیشرو و پیشگامی‏های دولتی برای حمایت از پیشرفت‏های فناورانه در حوزه علوم عصبی علت سهم بازار بالای این منطقه به شمار می‏آیند.
طبق گزارش‌های منتشر شده افزایش موارد اختلالات مغزی و افزایش استفاده از BCI در حوزه سرگرمی مواردی از عوامل پیشران بازار و مسایل امنیت سایبری و ملاحظات اخلاقی به عنوان عوامل بازدارنده بازار هستند.
جایگاه ایران در توسعه محصول
هم اکنون ۶ شرکت دانش‌بنیان فعال در حوزه پردازش سیگنال‌های عصبی وجود دارد. این شرکت‌ها تا کنون توانسته‌اند چند محصول را در فهرست محصولات دانش‌بنیان ثبت کنند. محصولات توسعه‌یافته توسط این شرکت‌ها در زیر فهرست شده است:
پروتز عصبی حرکتی معلولان
دستگاه EEG بیمارستانی
دستگاه EEG تحقیقاتی
دستگاه iEEG
دستگاه tDCS
لیزر کم‌توان
دستگاه نوروفیدبک و بیوفیدبک تحقیقاتی
اپی‌چیپ به منظور کنترل، تشخیص و درمان بیماری صرع
ادوات حوزه سرگرمی بر پایه BCI
طبق بررسی‌هایی که تاکنون انجام شده، شرکت‌های فعال دانش‌بنیان در حوزه BCI و فعالیت‌های مرتبط با آن شامل پردازش نشانگرهای عصبی و تحریک مغزی در حال توسعه محصولات جدیدی هستند. محصولات زیر در مراحل مختلف فرایند توسعه و تجاری‌سازی قرار دارند:
ایمپلنت مغزی
سامانه تحلیل خواب (PSG)
دستگاهfNIRS
دستگاه ترکیبی لیزر کم‌توان و tDCS
بازی شناختی
تحلیل سیگنال‌های مغزی برای صنعت مد و لباس
خدمات ارزیابی شناختی بیماری، رفتار و عادت‌ها
خدمات شناختی در حوزه منابع انسانی
خدمات نورومارکتینگ
این محصولات و خدمات تنها مربوط به شرکت‌های شناخته‌شده یا فعال در سامانه دانش‌بنیان هستند. گروه‌های فعال دیگری هنوز در مرحله توسعه ایده خود هستند و محصول خود را به بازار معرفی نکرده‌اند. برگزاری رویدادهای نوآورانه و فراخوان‌های حل مساله و چالش راه ‌حل خوبی برای آگاهی از فعالان این حوزه است. در این راستا، مرکز راهبردی فناوری‌های همگرا در سال ۹۵ اقدام به برگزاری رویدادی به نام نوآوردگاه رابط مغز و رایانه کرد. این رویداد با همکاری شرکت شزان برگزار شد. این شرکت علاوه بر برگزاری و نظارت دقیق بر فرآیند ارزیابی طرح‌ها، در انتها دو طرح/گروه را برای رشد و توسعه در شتاب‌دهنده خود انتخاب کرد. برگزاری برنامه‌های شناسایی گروه‌های فعال، حل مسایل متقاضیان، توسعه ایده‌های نو و رشد کسب‌وکارهای شکل‌گرفته از جمله اقدام‌های عملیاتی بازیگران این حوزه در ماه‌ها و سال‌های آتی خواهد بود.

کلام آخر
با استفاده از این علم می‌توان، ابزارهای متعددی را وارد عرصه علم و فناوری کرد که دارای سیستم‌های پیچیده‌ای با ترکیب نرم‌افزارها و سخت افزارهای پیشرفته هستند، به طوری که علوم مختلف را در کنار یکدیگر قرار می‌دهند و به همین ترتیب متخصصین در رشته‌های مختلف فنی و مهندسی، علوم فیزیک و اعصاب می‌توانند حاصل کارهای خود را در یک سیستم واحد به کار گیرند.
از طرفی در مطالعه‌ مبحث رابط‌های مغز و رایانه، روش‌هایی نوین برای انتقال اطلاعات از رایانه به مغز کشف شده‌اند. هرچند هنوز نمی‌توان با اطمینان از این دستگاه‌ها برای انجام آزمایش بهره گرفت اما می‌توان گفت با استفاده از چنین رویکردی، تحقق بسیاری از ایده‌های روانشناسان و متخصصان علوم اعصاب میسر خواهد شد.
دو بخش سلامت و تحقیقات در کشور از بلوغ نسبی برخوردارند. در عین حال، کاربردهای متنوعی در درمان اختلالات و همچنین، محصولات مختلفی مانند ایمپلنت‌های تهاجمی را می‌توان در این دو بخش مورد توجه قرار داد که هنوز در کشور تجاری نشده‌اند. در مقابل، زنجیره ارزش در بخش‌های سرگرمی و بازی و همچنین، رصد و کنترل هنوز در کشور شکل نگرفته است. مرکز راهبردی همگرا بازیگران کلیدی در هر زنجیره ارزش را شناسایی و با همکاری آنها، برنامه‌های مناسب را برای شکل‌گیری و بلوغ زنجیره‌های ارزش طراحی می‌کند.
در آخر، باید به این نکته توجه کرد که قبل از ترویج ابزار BCI در بازار، لازم است مراحل آزمایش و توسعه محصولات به درستی برنامه‌ریزی شود تا محصولات هم از لحاظ بی‌خطر بودن برای سلامت افراد و هم درجهت موفقیت در فروش مورد اطمینان باشند. به همین دلیل باید سازمان‌هایی وجود داشته باشند که مسوولیت سنجش ایمنی و دقت این وسایل را به عهده بگیرند.

*هدی نادری – مدیر توسعه کسب‌وکار مرکز راهبردی فناوری‌های همگرا



پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *