رمزگشایی هم‌زمان گفتار و حرکات بدن افراد فلج با «کاشت مغزی جدید»

به گزارش ایسنا، ارتباطات طبیعی میان انسان‌ها تنها به کلمات و سخن گفتن محدود نمی‌شود، بلکه همواره با حرکات دست، اشاره‌ها، تکان دادن سر و واکنش‌های مختلف چهره همراه است تا منظور پیام به شکلی کامل، زنده و رسا به دیگران منتقل گردد. هنگامی که افراد به دلیل بیماری‌های مختلف نظیر سکته مغزی یا آسیب‌های شدید سیستم عصبی دچار فلج اندام‌ها و از دست دادن توان تکلم می‌شوند، توانایی برقراری ارتباط با محیط پیرامون را از دست می‌دهند. این وضعیت ناگوار سبب انزوای اجتماعی شدید بیماران می‌شود، زیرا روش‌های معمول نمی‌توانند حس طبیعی گفت‌وگو را برای آن‌ها بازآفرینی کنند.

فناوری رابط مغز و رایانه در سال‌های اخیر تلاش کرده است تا با خواندن مستقیم سیگنال‌های مغزی و تبدیل آن‌ها به فرامین قابل فهم برای رایانه‌ها، پل ارتباطی جدیدی برای این بیماران بسازد. با این حال، بیشتر تحقیقات گذشته تنها بر روی یکی از این ابعاد تمرکز داشته‌اند؛ یعنی یا فقط تلاش می‌کردند صدای بیمار را رمزگشایی کنند و یا به بازگرداندن حرکت دست و پا بپردازند. تفکیک این دو فرآیند باعث می‌شد تعاملات فرد بسیار مکانیکی، ناقص و فاقد جذابیت‌های طبیعی یک گفت‌وگوی واقعی به نظر برسد. از همین رو، ضرورت طراحی سیستمی یکپارچه که بتواند هر دو مولفه گفتار و حرکت را به طور موازی هدایت کند، به شدت احساس می‌شد.

در همین راستا، پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا و گروهی از محققان بین‌المللی با انجام پژوهشی نوین در حوزه علوم اعصاب، موفق به ساخت و آزمایش یک کاشت مغزی هوشمند شدند که قادر است الگوهای پیچیده مغزی را ترجمه کند. این تیم علمی با بهره‌گیری از دانش روز حوزه اعصاب و هوش مصنوعی نشان دادند که چگونه می‌توان پلی مستقیم میان ذهن انسان و یک شخصیت مجازی دیجیتال برقرار ساخت تا جایگزین توانایی‌های از دست رفته فرد گردد.

روش کار پژوهشگران به این گونه بود که آن‌ها حسگرهای مغزی ظریفی را بر روی قشر حسی-حرکتی مغز سه فرد مبتلا به فلج اندام‌ها و تارهای صوتی قرار دادند. این ناحیه از مغز مسئول اصلی کنترل حرکات عضلات بدن، دست‌ها و دهان است. سپس، فعالیت‌های الکتریکی و عصبی مغز داوطلبان در زمان تلاش برای انجام حرکات دهانی مرتبط با گفتار و همچنین انجام حرکات بالاتنه ثبت و به صورت هم‌زمان به الگوریتم‌های رمزگشایی رایانه‌ای ارسال شد تا عملکرد سیستم ارزیابی شود.

یافته‌های این مطالعه نشان دادند که تنها یک حسگر مغزی تکی می‌تواند امواج مربوط به چندین نوع فعالیت مختلف، از جمله حرکات لب و دهان برای سخن گفتن، شانه بالا انداختن، مشت کردن دست و تکان دادن سر را با دقت بسیار بالا دریافت کند. پژوهشگران سپس با اتصال خروجی این رمزگشاها به یک آدمک دیجیتال یا آواتار مجازی در دو نفر از شرکت‌کنندگان، موفق شدند حرکات طبیعی بدن و جملات را هم‌زمان بازسازی کنند، به طوری که در شرایط مکالمه، یکی از افراد در جلسات مختلف به دقت خارق‌العاده صد در صدی در خواندن گفتار و حرکات دست یافت.

علاوه بر این، نتایج نشان دادند زمانی که سیستم هوشمند رایانه‌ای برای تشخیص هم‌زمان گفتار و حرکات با یکدیگر آموزش داده می‌شود، کارایی کلی آن به طور چشمگیری افزایش یافته و میزان اشتباهات و خطاهای ترجمه سیگنال‌ها کمتر می‌شود. این دستاورد ثابت می‌کند که ادغام حرکات بدن با گفتار در سطح قشر مغز عملکرد هم‌افزایی دارد و می‌تواند گفت‌وگویی بسیار روان‌تر، سریع‌تر و به دور از نقص‌های رایج سیستم‌های تک‌بعدی قبلی را برای بیماران شبیه‌سازی نماید.

اهمیت این یافته‌ها در آن است که گامی بسیار بلند به سوی خلق سامانه‌های کمکی فوق‌پیشرفته و واقع‌گرایانه برای بیماران فلج کامل، مبتلایان به بیماری‌های پیشرونده عصبی مانند اسکلروز جانبی آمیوتروفیک و قربانیان سکته مغزی به شمار می‌روند. اگرچه به گفته پژوهشگران، پیش از تجاری‌سازی و کاربرد گسترده این ابزار در زندگی روزمره، باید این آزمایش‌ها بر روی شمار بیشتری از بیماران و با مجموعه‌ای بزرگ‌تر از واژگان، اصطلاحات و حرکات متنوع‌تر بدنی تکرار شود، اما مسیر پیش رو نشان‌دهنده چشم‌اندازی روشن برای بازگرداندن ارتباطات انسانی واقعی به افراد نیازمند است.

مقاله پژوهشی و ارزشمند علمی برگرفته از این نتایج در نشریه معتبر علمی نیچر نوروساینس (Nature Neuroscience) از مجموعه انتشارات بین‌المللی اشپرینگر نیچر (Springer Nature) به چاپ رسیده است.

*