منح باحثون في جامعة كاليفورنيا بسان فرانسيسكو مريضًا مشلولًا القدرة على التحكم في ذراع آلية من خلال جهاز ينقل إشارات الدماغ إلى جهاز كمبيوتر. يمكنه الإمساك بالأشياء وتحريكها ووضعها جانباً ببساطة عن طريق تخيل نفسه وهو يقوم بالحركات. وقد عمل الجهاز، المعروف باسم واجهة الدماغ والحاسوب (BCI)، لمدة سبعة أشهر قياسية دون الحاجة إلى تعديلات. في السابق، كانت هذه المعدات تعمل عادة لمدة يوم أو يومين فقط.
ويعتمد BCI على نموذج ذكاء اصطناعي يمكنه التكيف مع التغيرات الصغيرة التي تحدث في الدماغ عند تكرار الحركة - أو في هذه الحالة الحركة المتخيلة - وتعلم إكمال الحركة بطريقة أكثر دقة. وقال كارونيش جانجولي، دكتوراه، أستاذ علم الأعصاب وعضو معهد وايل لعلم الأعصاب في جامعة كاليفورنيا: "إن هذا الاندماج في التعلم بين البشر والذكاء الاصطناعي هو المرحلة التالية في واجهات الدماغ والحاسوب".
"هذا هو ما نحتاجه لتحقيق وظائف معقدة تشبه الإنسان."
تم نشر البحث، الذي مولته المعاهد الوطنية للصحة، في 6 مارس في مجلة الخلية. كان المفتاح هو اكتشاف أن نشاط الدماغ يتغير يومًا بعد يوم حيث يتخيل المشاركون بشكل متكرر أفعالًا محددة. وبمجرد برمجة الذكاء الاصطناعي ليأخذ هذه التغييرات في الاعتبار، فيمكنه الاستمرار في العمل لعدة أشهر.
درس جانجولي كيف تمثل أنماط نشاط الدماغ لدى الحيوانات أفعالًا محددة، ووجد أن هذه التمثيلات تتغير يومًا بعد يوم مع تعلم الحيوانات. ويشتبه في أن الأمر نفسه ينطبق على البشر، ولهذا السبب تفقد واجهات التواصل بين الدماغ (BCIs) الخاصة بهم بسرعة القدرة على التعرف على هذه الأنماط.
عمل جانجولي، جنبًا إلى جنب مع باحث علم الأعصاب الدكتور نيخيليش ناتراج، مع أحد المشاركين في الدراسة الذي أصيب بالشلل بسبب سكتة دماغية منذ سنوات عديدة. لم يكن يستطيع الكلام أو الحركة. وزرع الباحثون أجهزة استشعار صغيرة على سطح دماغه، والتي التقطت نشاط الدماغ أثناء تخيله للحركات.
لمعرفة ما إذا كانت أنماط دماغه قد تغيرت بمرور الوقت، طلب جانجولي من المشاركين تخيل تحريك أجزاء مختلفة من الجسم، مثل اليدين أو القدمين أو الرأس. على الرغم من أنه لم يكن قادرًا على التحرك فعليًا، إلا أن دماغ المشارك لا يزال قادرًا على توليد إشارات الحركة عندما يتخيل نفسه وهو يقوم بالحركات. يسجل BCI تمثيلات هذه الحركات عبر أجهزة الاستشعار الموجودة على سطح الدماغ.
ووجد فريق جانجولي أن شكل هؤلاء الممثلين ظل كما هو، لكن أوضاعهم تغيرت قليلاً من يوم لآخر.
ثم طلب جانجولي من المشارك أن يتخيل القيام بحركات بسيطة بأصابعه أو يده أو إبهامه لمدة أسبوعين بينما تسجل أجهزة الاستشعار نشاط دماغه لتدريب الذكاء الاصطناعي. ثم حاول المشاركون التحكم في الأذرع والأيدي الروبوتية، لكن الحركات كانت لا تزال غير دقيقة.
لذلك، طلب جانجولي من المشارك التدرب على ذراع آلية افتراضية زودته بتعليقات حول دقة خياله. وفي النهاية، نجح في جعل الذراع الروبوتية الافتراضية تتحرك كما يشاء.
عندما بدأ المشارك في التدرب باستخدام ذراع آلية حقيقية، لم يستغرق الأمر سوى بضع جلسات تدريب لنقل المهارات إلى العالم الحقيقي. يمكنه جعل الذراع الآلية تلتقط الكتل وتقلبها وتحريكها إلى مواقع جديدة. حتى أنه كان قادرًا على فتح خزانة، وإخراج كوب ورفعه إلى نافورة الماء.
وبعد أشهر، كان المشارك لا يزال قادرًا على التحكم في الذراع الآلية بعد 15 دقيقة من "التكيف" مع التغييرات في تكرارات حركته منذ أن بدأ استخدام الجهاز.
ويعمل جانجولي حاليًا على تحسين نموذج الذكاء الاصطناعي لجعل حركات الذراع الآلية أسرع وأكثر سلاسة، ويخطط لاختبار واجهة التعامل بين الدماغ والكمبيوتر (BCI) في بيئة منزلية. بالنسبة للأشخاص المصابين بالشلل، فإن القدرة على تناول الطعام أو الشرب بمفردهم يمكن أن تغير حياتهم. يعتقد جانجولي أن هذا أمر قابل للتحقيق.
وقال "أنا واثق جدًا من أننا تعلمنا كيفية بناء هذا النظام ويمكننا إنجاحه".
ومن بين المؤلفين الآخرين سارة سيكو وأديلين تو تشان من جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو، ورضا أبيري من جامعة رود آيلاند. تم تمويل البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة (1DP2HD087955) ومعهد UCSF Weill لعلم الأعصاب.