تاریخچه تکامل BCI: از آزمایش‌های اولیه تا Neuralink

تاریخچه تکامل BCI: از آزمایش‌های اولیه تا Neuralink

بخش اول: آغاز راه - از کشف امواج مغزی تا تولد اصطلاح BCI

ریشه‌های اولیه: کشف امواج الکتریکی مغز

داستان رابط مغز و کامپیوتر (BCI) از اوایل قرن بیستم آغاز می‌شود، زمانی که دانشمندان برای اولین بار متوجه شدند مغز انسان فعالیت‌های الکتریکی تولید می‌کند. در سال ۱۹۲۴، هانس برگر، روان‌پزشک آلمانی، اولین کسی بود که توانست سیگنال‌های الکتریکی مغز انسان را ثبت کند. او با استفاده از دستگاه‌های ابتدایی، الکترودهایی از جنس نقره را زیر جمجمه بیماران قرار داد و موفق به ثبت نوسانات مغزی شد. برگر کشف کرد که مغز امواجی با فرکانس‌های مختلف تولید می‌کند، از جمله موج آلفا (۸ تا ۱۲ هرتز) که بعدها به نام خود او "موج برگر" نیز نامیده شد. این کشف بزرگ، دریچه‌ای نو به سوی درک فعالیت‌های مغزی گشود و زمینه‌ساز توسعه علم الکتروانسفالوگرافی (EEG) شد.

پیش از برگر، دانشمندان تصور می‌کردند مغز مانند قلب فعالیت الکتریکی قابل‌ثبتی ندارد. او با پشتکار و صبر فراوان، هزاران نوار مغزی ثبت کرد و الگوهای مختلفی را شناسایی نمود. جالب است بدانید که اولین سوژه آزمایش‌های برگر، پسر ۱۵ ساله خودش بود! او الکترودهایی را روی جمجمه پسرش قرار داد و اولین نوار مغزی انسانی را ثبت کرد. این کار شجاعانه، پایه‌گذار علم نوین عصب‌شناسی شد.

در دهه‌های بعد، دانشمندان تلاش کردند بین این سیگنال‌های الکتریکی و فعالیت‌های ذهنی ارتباط برقرار کنند. اگرچه در ابتدا سیگنال‌ها بسیار آشفته و پرنویز بودند و فقط پزشکان متخصص با تجربه می‌توانستند از آن‌ها استفاده کنند، اما به تدریج با پیشرفت فناوری ثبت سیگنال، پژوهش‌های بیشتری در این زمینه انجام گرفت. در دهه ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰، محققان توانستند ارتباط بین امواج مغزی و بیماری‌هایی مانند صرع را شناسایی کنند. این پیشرفت‌ها نشان داد که سیگنال‌های مغزی می‌توانند اطلاعات ارزشمندی درباره وضعیت سلامت و عملکرد مغز ارائه دهند.

دهه ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰: اولین گام‌ها در مسیر BCI

اولین تحقیقات جدی BCI روی انسان در دهه ۱۹۶۰ انجام شد. در این مطالعات، محققان توانایی افراد برای کنترل ماشین‌های ساده با استفاده از امواج مغزی را بررسی کردند. در سال ۱۹۶۹، محققی به نام Elul اولین تلاش سیستماتیک را انجام داد. او روی سیگنال‌های مغزی در حین عملیات ریاضی کار کرد و نشان داد که می‌توان از طریق سیگنال‌های مغزی تشخیص داد فرد چه عملیات فکری انجام می‌دهد.

یکی از پیشگامان دیگر این دوره، دکتر گری بریندلی (Grey Walter) عصب‌شناس بریتانیایی بود. او در دهه ۱۹۶۰ آزمایش‌هایی انجام داد که در آن بیماران صرعی که الکترودهایی در مغزشان کاشته شده بود، می‌توانستند با فکر کردن، یک پروژکتور اسلاید را کنترل کنند. این اولین نمونه از کنترل یک دستگاه خارجی با سیگنال‌های مستقیم مغزی بود. هرچند این آزمایش‌ها ابتدایی بودند، اما نشان دادند که پتانسیل واقعی برای ارتباط مغز و ماشین وجود دارد.

نقطه عطف مهم در تاریخ BCI، دهه ۱۹۷۰ بود؛ زمانی که اصطلاح "واسط مغز و کامپیوتر" برای اولین بار متولد شد. در سال ۱۹۷۳، ژاک وایدال (Jacques Vidal)، دانشمند علوم کامپیوتر در دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس (UCLA)، مقاله‌ای منتشر کرد که اولین ظهور عبارت "واسط مغز-کامپیوتر" در متون علمی محسوب می‌شود. تحقیقات وایدال با کمک هزینه بنیاد ملی علوم و قراردادی با دارپا (DARPA) انجام شد و هدف آن بررسی امکان ارتباط مستقیم مغز با کامپیوتر بود. این پروژه، نخستین بار بود که ایده استفاده از مغز برای تعامل با ماشین به شکل جدی در محافل دانشگاهی مطرح شد.

وایدال در آزمایش‌های خود از نمایشگرهای بصری استفاده کرد که با فرکانس‌های مختلف چشمک می‌زدند. او نشان داد که وقتی کاربر به یک چشمک خاص توجه می‌کند، مغز او امواجی هم‌فرکانس با آن چشمک تولید می‌کند (پتانسیل برانگیخته بینایی). این پدیده بعدها پایه بسیاری از سیستم‌های BCI مبتنی بر تحریک بینایی شد.

دهه ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰: توسعه روش‌های پردازش سیگنال

در دهه ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰، با پیشرفت رایانه‌ها و سیستم‌های پردازش سیگنال، تحقیقات BCI شتاب بیشتری گرفت. در دانشگاه کلرادو، دو محقق به نام‌های Keirn و Aunon تحقیقات خود را برای دسته‌بندی پنج فعالیت مختلف ذهنی آغاز کردند. آن‌ها هنگام انجام پنج فعالیت ذهنی مشخص (استراحت، حل مسئله ریاضی، تصور یک صحنه سه‌بعدی، گوش دادن به موسیقی و انجام فعالیت محاسباتی)، سیگنال EEG را از چند کانال ثبت کردند و با استفاده از تفکیک‌کننده بیز، توان باندهای مختلف فرکانسی را به عنوان ویژگی جهت تفکیک این فعالیت‌ها به کار گرفتند. این محققان ایده مهمی را مطرح کردند: فعالیت‌های مختلف ذهنی می‌توانند به عنوان الفبایی برای برقراری ارتباط مستقیم مغز با دنیای خارج استفاده شوند؛ به طوری که شخص می‌تواند با ترکیب و انتخاب توالی چند فعالیت مشخص، مقصود خود را به دنیای خارج منتقل کند.

چند سال بعد، دکتر Anderson و همکارانش کار این دو محقق را ادامه دادند. آن‌ها پارامترهای آماری مانند ضرایب AR (Auto-Regressive) را تخمین زدند و با استفاده از شبکه عصبی، عمل دسته‌بندی پنج فعالیت ذهنی را انجام دادند. این رویکرد، دقت تشخیص را به طور قابل توجهی افزایش داد و نشان داد که یادگیری ماشین می‌تواند ابزار قدرتمندی برای تفسیر سیگنال‌های مغزی باشد.

همزمان، Pfrutscheller و همکارانش در مرکز گراتس اتریش، تحقیقات خود را بر روی سیگنال‌های ثبت شده در حین حرکت انگشت اشاره یا تصور حرکت دادن دست راست و چپ متمرکز کردند. آن‌ها از خروجی‌های مختلفی مانند حرکت نشانگر روی مانیتور، انتخاب حروف و کلمات و کنترل یک پروتز مصنوعی استفاده کردند. این تیم در سال ۱۹۹۱ اولین سیستم BCI مبتنی بر تصور حرکت را معرفی کرد که بعدها به یکی از پرکاربردترین پارادایم‌های BCI تبدیل شد.

در همین دوره، محققان دیگری مانند Wolpaw و McFarland در دانشگاه وادزورث، روش‌های مبتنی بر بازخورد را توسعه دادند. آن‌ها نشان دادند که افراد می‌توانند با تمرین و بازخورد مناسب، یاد بگیرند دامنه ریتم‌های حسی-حرکتی (SMR) خود را کنترل کنند. این روش بعدها به عنوان یکی از پایدارترین و مؤثرترین روش‌های کنترل BCI شناخته شد.

در اواخر دهه ۱۹۹۰، پروژه‌های بین‌المللی مهمی مانند پروژه‌های اروپایی با عنوان "BCI برای برقراری ارتباط در بیماران قفل‌شده" آغاز شد. این پروژه‌ها با بودجه اتحادیه اروپا و با مشارکت چندین کشور، به توسعه سیستم‌های عملی BCI برای کمک به بیماران مبتلا به ALS و سندرم قفل‌شدگی پرداختند. شرکت پیشگامان لوتوس با مطالعه این دستاوردهای تاریخی، اهمیت استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته پردازش سیگنال و یادگیری ماشین را در طراحی سیستم‌های مدرن BCI درک کرده و این دانش را در پروژه‌های تحقیقاتی خود به کار گرفته است. این شرکت با بهره‌گیری از تجربیات بین‌المللی، در حال توسعه الگوریتم‌های بومی برای تشخیص دقیق‌تر الگوهای ذهنی فارسی‌زبانان است.

دهه ۱۹۹۰: ظهور کنفرانس‌ها و جوامع علمی تخصصی

دهه ۱۹۹۰ شاهد شکل‌گیری جوامع علمی تخصصی در حوزه BCI بود. در سال ۱۹۹۵، اولین کارگاه بین‌المللی BCI در دانشگاه وادزورث برگزار شد که محققان برجسته این حوزه را از سراسر جهان گرد هم آورد. این کارگاه‌ها که بعدها به صورت منظم برگزار شدند، نقش مهمی در تبادل دانش و استانداردسازی روش‌های تحقیق در این حوزه داشتند.

در سال ۱۹۹۹، اصطلاحات و تعاریف استاندارد برای BCI در مقاله‌ای توسط Wolpaw و همکارانش منتشر شد که امروزه به عنوان مرجع اصلی در این حوزه شناخته می‌شود. در این مقاله، BCI به عنوان "سیستمی که فعالیت مغز را اندازه‌گیری کرده و آن را به فرمان‌هایی برای دستگاه خارجی تبدیل می‌کند" تعریف شد.

نقش بنیادهای ملی و بین‌المللی

در طول دهه ۱۹۹۰، بنیادهای ملی علوم در کشورهای مختلف سرمایه‌گذاری قابل توجهی بر روی تحقیقات BCI انجام دادند. مؤسسه ملی سلامت (NIH) در آمریکا، شورای تحقیقات اروپا (ERC) و آژانس علوم و فناوری ژاپن (JST) از جمله سازمان‌هایی بودند که پروژه‌های بلندمدت BCI را حمایت مالی کردند.

یکی از مهم‌ترین این پروژه‌ها، پروژه "BCI 2000" بود که در اواخر دهه ۱۹۹۰ با حمایت NIH آغاز شد. این پروژه با هدف ایجاد یک پلتفرم نرم‌افزاری متن‌باز و استاندارد برای تحقیقات BCI طراحی شد و امروزه هزاران محقق در سراسر جهان از آن استفاده می‌کنند.

بخش دوم: ورود به عصر طلایی - از پروژه‌های پزشکی تا سرمایه‌گذاری‌های عظیم

پروژه BrainGate و اولین کاربردهای بالینی

اوایل دهه ۲۰۰۰ نقطه عطفی در تاریخ BCI محسوب می‌شود. برای اولین بار، بیمارانی که به دلیل سکته یا فلع کامل توانایی حرکتی نداشتند، توانستند از طریق رابط مغز و کامپیوتر با دنیای بیرون ارتباط برقرار کنند. شرکت Cyberkinetics با پروژه BrainGate نشان داد که یک انسان می‌تواند تنها با فکر کردن، نشانگر موس را روی صفحه مانیتور حرکت دهد. این اتفاق، یکی از بزرگترین پیشرفت‌ها در بازگرداندن استقلال به بیماران ناتوان به حساب می‌آمد.

در این پروژه، آرایه‌ای از الکترودها در قشر حرکتی مغز بیمار کاشته می‌شد و سیگنال‌های عصبی مربوط به قصد حرکت، به فرمان‌های دیجیتالی ترجمه می‌گردید. اولین بیمار انسانی که این فناوری را تجربه کرد، متیو نیگل (Matthew Nagle) بود که در سال ۲۰۰۱ بر اثر حمله با چاقو دچار قطع نخاع شده بود. او توانست با فکر کردن، ایمیل بنویسد، بازی کامپیوتری انجام دهد و حتی یک بازوی رباتیک را کنترل کند. موفقیت BrainGate نشان داد که BCI نه تنها یک مفهوم علمی-تخیلی، بلکه فناوری‌ای واقعی با پتانسیل تغییر زندگی میلیون‌ها نفر است.

پس از موفقیت اولیه BrainGate، پروژه‌های مشابهی در مراکز تحقیقاتی دیگر آغاز شد. در دانشگاه پیتسبورگ، تیمی به رهبری اندرو شوارتز (Andrew Schwartz) توانستند با کاشت الکترود در مغز یک بیمار، او را قادر به کنترل یک بازوی رباتیک پیشرفته با ۷ درجه آزادی کنند. این بیمار توانست با استفاده از این بازو، اشیاء را بردارد، غذا بخورد و حتی دست بدهد.

نقش دارپا (DARPA) در توسعه BCI

دارپا، آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی ایالات متحده، از دهه ۱۹۹۰ به بعد به یکی از بزرگترین حامیان مالی و پشتیبان تحقیقات BCI تبدیل شد. این نهاد با بودجه هنگفت خود، پروژه‌های متعددی را در زمینه‌های مختلف BCI حمایت کرد. بودجه سالانه دارپا برای تحقیقات BCI در برخی سال‌ها به بیش از ۱۰۰ میلیون دلار می‌رسید. از جمله برنامه‌های مورد توجه دارپا می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

برنامه RE-NET (Reliable Neural-Interface Technology): این برنامه با هدف توسعه رابط‌های عصبی پایدار و با کارایی بالا برای دوره‌های طولانی (چندین سال) طراحی شد. محققان در این برنامه موفق به توسعه الکترودهای انعطاف‌پذیری شدند که واکنش بافت مغز به آن‌ها حداقل است.

حضور از راه دور (Telepresence): امکان کنترل تجهیزات نظامی از راه دور با مغز. در یک مطالعه در دانشگاه مینه‌سوتا، برنامه‌ای ساخته شد که با ۹۰ درصد موفقیت، یک هواپیمای بدون سرنشین با فکر کنترل می‌شد. این پروژه نشان داد که خلبانان می‌توانند چندین پهپاد را همزمان و تنها با فکر کردن هدایت کنند.

اسکلت‌های رباتیک و تقویت‌کننده‌ها: توسعه زره‌ها و اسکلت‌های خارجی که با کشف الگوی حرکتی از روی اراده ذهن، قدرت فوق‌انسانی به کاربر می‌دهند. پروژه "Warrior Web" دارپا با هدف ایجاد اسکلت خارجی نرم و پوشیدنی طراحی شد که می‌توانست قدرت و استقامت سربازان را افزایش دهد.

گفتار خاموش (Silent Speech): هدف این برنامه، امکان برقراری ارتباط بدون صدا و تنها با فکر کردن است. این فناوری برای افراد دارای اختلال گفتاری و همچنین سربازانی که نیاز به سکوت دارند، کاربرد دارد. در این پروژه، محققان با ثبت سیگنال‌های مغزی مربوط به تولید گفتار (حتی قبل از تلفظ کلمات)، توانستند کلمات را با دقت بالایی تشخیص دهند.

حافظه مصنوعی (RAM - Restoring Active Memory): این برنامه با هدف توسعه ایمپلنت‌های عصبی برای بهبود حافظه در افراد مبتلا به آسیب‌های مغزی طراحی شد. محققان با تحریک نواحی خاصی از مغز مانند هیپوکامپ، توانستند حافظه فضایی و رویدادی را در بیماران بهبود بخشند.

پیشرفت در روش‌های تهاجمی و غیرتهاجمی

در طول این سال‌ها، دو رویکرد اصلی در توسعه BCI شکل گرفت: تهاجمی و غیرتهاجمی. در روش تهاجمی، الکترودها مستقیماً در بافت مغز کاشته می‌شوند و امکان ثبت دقیق‌تری از سیگنال‌های عصبی فراهم می‌کنند، اما ریسک جراحی و عوارض جانبی را به همراه دارند. مهم‌ترین روش‌های تهاجمی شامل موارد زیر است:

کورتکس‌آرایه (Utah Array): پرکاربردترین آرایه الکترودی تهاجمی که توسط شرکت Blackrock Neurotech تولید می‌شود. این آرایه شامل ۱۰۰ الکترود است که در یک سطح ۴×۴ میلیمتر قرار گرفته‌اند و می‌توانند فعالیت تک‌نورون‌ها را ثبت کنند.

الکتروکورتیکوگرافی (ECoG): در این روش، الکترودها روی سطح قشر مغز و زیر سخت‌شامه قرار می‌گیرند. این روش کمتر تهاجمی از کاشت درون‌بافتی است و سیگنال‌هایی با کیفیت خوب ارائه می‌دهد.

الکترودهای سوزنی (Michigan Probes): این الکترودها به صورت سوزن‌های باریک طراحی شده‌اند و می‌توانند در اعماق مغز قرار گیرند.

در مقابل، روش‌های غیرتهاجمی مانند EEG از حسگرهایی روی سطح جمجمه استفاده می‌کنند که ایمن‌تر و قابل‌دسترس‌تر هستند، هرچند دقت و وضوح سیگنال آن‌ها کمتر است. روش‌های غیرتهاجمی پیشرفته شامل:

EEG با تعداد الکترود بالا (High-Density EEG): استفاده از ۱۲۸ تا ۲۵۶ الکترود برای افزایش وضوح فضایی

MEG (مگنتوانسفالوگرافی): ثبت میدان‌های مغناطیسی مغز با وضوح زمانی بالا

fNIRS (طیف‌سنجی کارکردی فروسرخ نزدیک): ثبت تغییرات همودینامیک مغز با نور فروسرخ

TMS/fMRI ترکیبی: ترکیب تحریک مغناطیسی فراجمجمه‌ای با تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی

محققان در مراکز مختلف، روش‌های متنوعی برای بهبود عملکرد BCI ارائه دادند. Wolpaw و همکارانش که بیشتر در زمینه پزشکی کار می‌کردند، بر آموزش افراد برای کنترل ویژگی‌های سیگنال مغزی خود تمرکز کردند. آن‌ها نشان دادند که با بازخورد مناسب، افراد می‌توانند یاد بگیرند امواج مغزی خود را تنظیم کنند. این رویکرد بعدها به عنوان "نوروفیدبک" شناخته شد و کاربردهای درمانی زیادی پیدا کرد.

تنوع تحقیقات در سراسر جهان

در طی سالیان، تحقیقات BCI به حوزه‌های متنوعی گسترش یافت: تصور حرکت دادن دست راست و چپ، حرکت دادن انگشتان اشاره، انجام فعالیت‌های ذهنی مانند شمارش، ضرب ذهنی و دوران ذهنی، گوش دادن به انواع موسیقی، انجام فعالیت‌های احساسی و عاطفی و حتی رانندگی شبیه‌سازی شده. این تنوع نشان‌دهنده پتانسیل بالای BCI برای کاربردهای گوناگون بود.

در آلمان، تیم تحقیقاتی Niels Birbaumer در دانشگاه توبینگن روی بیماران قفل‌شده کار می‌کرد و با استفاده از پتانسیل‌های وابسته به رویداد (P300) توانست برای این بیماران سیستم ارتباطی بسازد. بیماران می‌توانستند با تمرکز روی حروف مورد نظر، کلمات را انتخاب کنند و جملات بسازند. این سیستم که "Speller" نامیده می‌شد، یکی از موفق‌ترین کاربردهای بالینی BCI بود.

در ژاپن، تیم Michio Miyawaki در آزمایشگاه ATR روی بازسازی تصاویر ذهنی کار می‌کرد. آن‌ها با استفاده از fMRI و مدل‌های یادگیری ماشین، توانستند تصاویری که افراد در ذهن خود تصور می‌کردند را بازسازی کنند. این تحقیق نشان داد که BCI می‌تواند برای "خواندن ذهن" نیز استفاده شود.

در چین، تحقیقات گسترده‌ای روی کاربردهای نظامی BCI انجام شد. گزارش‌هایی از برنامه‌های نظامی چین برای کنترل هواپیماهای بدون سرنشین و وسایل نقلیه نظامی با فکر منتشر شده است.

در ایران نیز تحقیقات promisingی در دانشگاه‌های برتر مانند دانشگاه تهران، دانشگاه صنعتی شریف و دانشگاه علم و صنعت در حال انجام است. این تحقیقات عمدتاً بر روی تشخیص تصور حرکت، تشخیص احساسات و بهبود عملکرد سیستم‌های BCI با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین متمرکز بوده است. شرکت پیشگامان لوتوس با همکاری این مراکز دانشگاهی و با بهره‌گیری از تجربیات جهانی، در حال توسعه نسل جدیدی از سیستم‌های BCI بومی است که بتواند نیازهای خاص جامعه فارسی‌زبان را پوشش دهد.

پیشرفت در درک مکانیسم‌های عصبی

در این دوره، پیشرفت‌های قابل توجهی در درک مکانیسم‌های عصبی زیربنای BCI نیز حاصل شد. دانشمندان با استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری پیشرفته و مدل‌های محاسباتی، بهتر فهمیدند که چگونه نورون‌ها اطلاعات را رمزگذاری می‌کنند و چگونه می‌توان این رمزها را تفسیر کرد.

یکی از مهم‌ترین مفاهیم، "پلاستیسیته عصبی" (Neuroplasticity) بود. محققان دریافتند که مغز می‌تواند با استفاده از BCI، مدارهای عصبی جدیدی شکل دهد. این بدان معناست که افراد می‌توانند با تمرین، کنترل بهتری بر سیگنال‌های مغزی خود پیدا کنند. این کشف، پایه بسیاری از کاربردهای توانبخشی BCI شد.

مفهوم مهم دیگر، "رمزگشایی جمعیت عصبی" (Neural Population Decoding) بود. دانشمندان دریافتند که با ثبت فعالیت صدها یا هزاران نورون به طور همزمان، می‌توان اطلاعات بسیار دقیق‌تری درباره قصد حرکت یا حالت ذهنی فرد به دست آورد. این یافته، توسعه آرایه‌های الکترودی با تراکم بالا مانند آنچه نورالینک استفاده می‌کند را توجیه می‌کرد.

BCI دوطرفه (Bidirectional)

در این دوره، مفهوم BCI دوطرفه (Bidirectional) نیز مطرح و توسعه یافت. در این نوع سیستم‌ها، نه تنها داده‌هایی از مغز دریافت می‌شود، بلکه اطلاعاتی نیز به مغز بازگردانده می‌شود؛ مثلاً ارسال سیگنال‌هایی که حس لمس یا صدا را شبیه‌سازی کنند. این رویکرد، زمینه را برای پیشرفت‌های خارق‌العاده در بازگرداندن بینایی و سایر حواس فراهم کرد.

پروژه‌های مهم در این زمینه عبارتند از:

پروتزهای حسی-حرکتی: محققان دانشگاه پیتسبورگ و دانشگاه شیکاگو روی پروتزهایی کار کردند که هم حرکت را از مغز می‌خواند و هم حس لمس را به مغز بازمی‌گرداند. بیماران با این پروتزها می‌توانستند نه تنها اشیاء را بردارند، بلکه سفتی و بافت آن‌ها را نیز حس کنند.

پروتز بینایی (Visual Prosthesis): محققان با کاشت الکترود در قشر بینایی، توانستند نقاط نوری (فوسفن) ایجاد کنند که به بیماران نابینا امکان تشخیص اشکال ساده را می‌داد.

ایمپلنت حلزون (Cochlear Implant): این فناوری که در واقع یک BCI دوطرفه است، امروزه به طور گسترده برای درمان ناشنوایی استفاده می‌شود و میلیون‌ها نفر در سراسر جهان از آن بهره‌مند شده‌اند.

بخش سوم: عصر Neuralink و آینده BCI

تولد Neuralink و چشم‌انداز بلندپروازانه ایلان ماسک

در ژوئیه ۲۰۱۶، شرکت نورالینک (Neuralink Corporation) توسط ایلان ماسک و گروهی از دانشمندان و مهندسان برجسته تأسیس شد. این شرکت با هدف توسعه تراشه‌های رابط مغز و رایانه قابل‌کاشت در مغز پا به عرصه گذاشت و خیلی زود توجه جهانیان را به خود جلب کرد. نورالینک خود را به عنوان شرکتی تحقیقاتی در حوزه پزشکی ثبت و معرفی کرد.

تیم بنیانگذاران نورالینک شامل افرادی مانند بن راپورت، دونگجین سو، مکس هوداک، پل مرولا و دیگر دانشمندان برجسته علوم اعصاب از دانشگاه‌های معتبر جهان بود. از زمان تأسیس، این شرکت چندین دانشمند قوی و شناخته شده علوم اعصاب را استخدام کرد. تا ژوئیه ۲۰۱۹، نورالینک ۱۵۸ میلیون دلار بودجه دریافت کرده بود که ۱۰۰ میلیون دلار آن از ایلان ماسک تأمین شد. شرکت‌های سرمایه‌گذاری بزرگی مانند Google Ventures، Founders Fund (که روی فیسبوک، اسپیس‌ایکس و دیپ‌مایند سرمایه‌گذاری کرده بود) و همچنین فردی به نام کن هاوری از بنیانگذاران PayPal در این شرکت سهم داشتند.

انگیزه اصلی ماسک از تأسیس نورالینک، نگرانی او درباره آینده بشر در عصر هوش مصنوعی فوق‌هوشمند بود. او بارها ابراز نگرانی کرده بود که هوش مصنوعی ممکن است از کنترل انسان خارج شود و به تهدیدی برای بشریت تبدیل گردد. راه‌حل او برای این مشکل، "همزیستی با هوش مصنوعی" (Symbiosis with AI) از طریق افزایش پهنای باند ارتباط بین مغز و کامپیوتر است. به عبارت دیگر، ماسک معتقد است اگر نتوانیم هوش مصنوعی را متوقف کنیم، باید با آن ادغام شویم!

فناوری نورالینک: نخ‌های نازک و ربات کاشت‌کننده

نورالینک در ژوئیه ۲۰۱۹، اولین رویداد عمومی خود را برگزار کرد و فناوری انقلابی خود را به نمایش گذاشت. این شرکت دستگاهی شبیه «چرخ خیاطی» معرفی کرد که قادر است نخ‌های بسیار نازک (با عرض ۴ تا ۶ میکرومتر) را در مغز کاشت کند. هر نخ نازک‌تر از یک تار موی انسان است و سیستم می‌تواند تا ۳۰۷۲ الکترود در هر آرایه، توزیع شده در ۹۶ نخ، داشته باشد.

این نخ‌ها با هدف جلوگیری از آسیب به رگ‌های خونی، توسط یک دستگاه روباتیک دقیق در مغز کاشته می‌شوند. دستگاه کاشت‌کننده روباتیک نورالینک، مجهز به سیستم‌های بینایی پیشرفته است که می‌تواند رگ‌های خونی را شناسایی کرده و از آن‌ها دوری کند. این دقت، احتمال خونریزی و آسیب بافتی را به حداقل می‌رساند.

یک ماژول کوچک در خارج از سر قرار می‌گیرد که به صورت بی‌سیم اطلاعات را از نخ‌های الکترود دریافت می‌کند. این ماژول که "Link" نام دارد، در پشت گوش قرار می‌گیرد و کاملاً نامرئی است. Link دارای باتری قابل شارژ بی‌سیم و بلوتوث برای ارتباط با دستگاه‌های خارجی است. این بدان معناست که فرد می‌تواند بدون هیچ سیمی، سیگنال‌های مغزی خود را به دستگاه‌های خارجی منتقل کند.

در اوت ۲۰۲۰، نورالینک دستگاه v 0.9 خود را با ۱۰۲۴ الکترود معرفی کرد و موفق به دریافت تأییدیه سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) برای آزمایش‌های محدود انسانی شد. در همان سال، این شرکت ویدئویی از آزمایش روی خوک‌ها منتشر کرد که در آن سه خوک نشان داده می‌شدند: یکی بدون تراشه، یکی با تراشه فعال، و سومی که تراشه قبلاً از مغزش خارج شده بود. ماسک تأکید کرد که خوک سوم اهمیت زیادی دارد، زیرا نشان می‌دهد انسان‌ها می‌توانند هر زمان بخواهند تراشه را از مغز خود بردارند و به زندگی عادی بازگردند.

در ویدئوی منتشر شده، فعالیت مغزی خوک با تراشه در حین راه رفتن، بو کشیدن و تغذیه ثبت می‌شد و محققان می‌توانستند فعالیت نورون‌های مرتبط با هر حرکت را مشاهده کنند. این نمایش عمومی، هیجان زیادی در رسانه‌ها ایجاد کرد و نشان داد که نورالینک در مسیر پیشرفت سریعی قرار دارد.

نقطه عطف: آزمایش روی میمون و انسان

در اوایل سال ۲۰۲۱، نورالینک ویدئوی شگفت‌انگیزی از یک میمون ماکاک ۹ ساله منتشر کرد که تراشه‌های نورالینک در دو طرف مغزش کار گذاشته شده بود. در این ویدئو، میمون بدون استفاده از دسته بازی، صرفاً با فکر کردن، بازی پونگ (Pong) را انجام می‌داد. ایلان ماسک توضیح داد: «همانطور که می‌بینید، موبایل ما به مغز این میمون متصل می‌شود. درست به همان سادگی که هر وسیله بلوتوث دیگری را به گوشیمان وصل می‌کنیم».

این آزمایش نشان داد که میمون پس از مدتی تمرین، یاد گرفت با فکر کردن، پدال بازی را به چپ و راست حرکت دهد. نکته جالب این بود که وقتی محققان بازی را قطع کردند، میمون همچنان با فکر کردن به بازی ادامه می‌داد! این نشان می‌داد که او واقعاً به کنترل ذهنی بازی دست یافته است.

در سال ۲۰۲۴، نورالینک اعلام کرد اولین کاشت انسانی را با موفقیت انجام داده است. اولین بیمار، فردی با نام مستعار "Noland Arbaugh" بود که بر اثر تصادف دچار فلج چهاراندام شده بود. او توانست با استفاده از تراشه نورالینک، بازی شطرنج را با فکر انجام دهد و نشانگر موس را روی صفحه مانیتور کنترل کند. اگرچه جزئیات کامل این آزمایش هنوز منتشر نشده، اما این رویداد نقطه عطف مهمی در تاریخ BCI محسوب می‌شود و نویدبخش آینده‌ای است که در آن انسان‌ها می‌توانند مستقیماً با ماشین‌ها ارتباط برقرار کنند.

شرکت‌های رقیب و نوآوری‌های آن‌ها

نورالینک تنها بازیگر این صحنه نیست. شرکت‌های دیگری نیز با رویکردهای متفاوت در این عرصه حضور دارند:

Synchron

شرکت استرالیایی Synchron با رویکردی کمتر تهاجمی، فناوری‌ای به نام "Stentrode" توسعه داده است. در این روش، الکترودها از طریق رگ‌های خونی و بدون جراحی باز مغز، به قشر حرکتی نزدیک می‌شوند. این روش خطرات جراحی مغز را ندارد و در سال ۲۰۲۱، اولین بیمار انسانی در آمریکا با این فناوری درمان شد. Synchron توانست بودجه قابل توجهی از سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) و سرمایه‌گذاران بزرگ دریافت کند.

Blackrock Neurotech

این شرکت که قبلاً Cyberkinetics نام داشت، سال‌ها تجربه در زمینه BCIهای تهاجمی دارد. آرایه‌های یوتا (Utah Array) این شرکت، پرکاربردترین الکترودهای کاشتنی در تحقیقات BCI هستند. Blackrock Neurotech در حال توسعه سیستم‌های بی‌سیم با قابلیت ثبت همزمان هزاران نورون است.

Paradromics

این شرکت با رویکرد مشابه نورالینک، در حال توسعه آرایه‌های الکترودی با تراکم بالا است. فناوری این شرکت با نام "NeuroGrid" می‌تواند تا ۲۰۰۰ کانال را پشتیبانی کند.

Kernel

این شرکت به رهبری برایان جانسون (بنیانگذار Braintree)، روی BCIهای غیرتهاجمی پیشرفته کار می‌کند. محصولات این شرکت مانند "Kernel Flow" کلاه‌هایی هستند که با استفاده از fNIRS، فعالیت مغزی را ثبت می‌کنند.

رقبای چینی

چین نیز سرمایه‌گذاری عظیمی در حوزه BCI انجام داده است. شرکت‌هایی مانند "NeuroXess" و مراکز تحقیقاتی دولتی در حال توسعه BCIهای پیشرفته با حمایت مالی گسترده دولت چین هستند.

آینده BCI: از درمان تا تقویت انسان

هدف نهایی نورالینک و سایر شرکت‌های فعال در این حوزه فراتر از کاربردهای پزشکی است. ایلان ماسک بارها تأکید کرده که به دنبال دستیابی به «همزیستی با هوش مصنوعی» است. او معتقد است که برای حفظ relevance انسان‌ها در عصر هوش مصنوعی، باید پهنای باند ارتباط بین مغز و کامپیوتر را به شدت افزایش دهیم. ماسک توری عصبی (Neural Lace) را به عنوان «لایه دیجیتال بالای قشری مرکز مغز» تعریف کرده که لزوماً به معنای جراحی گسترده نیست، بلکه به صورت ایده‌آل کاشت از طریق رگ یا شریان انجام می‌شود.

چشم‌انداز بلندمدت BCI شامل موارد زیر است:

کاربردهای پزشکی و درمانی

بازگرداندن بینایی به نابینایان: با کاشت الکترود در قشر بینایی و تحریک الگوهای متناسب با تصاویر گرفته شده توسط دوربین خارجی

بازگرداندن شنوایی به ناشنوایان: نسل بعدی ایمپلنت‌های حلزون با کیفیت بالاتر

درمان بیماری‌های عصبی: پارکینسون، آلزایمر، صرع و افسردگی مقاوم به درمان

توانبخشی پس از سکته مغزی: کمک به بازسازی مسیرهای عصبی آسیب‌دیده

ارتباط با بیماران قفل‌شده: امکان ارتباط مؤثرتر و سریع‌تر

تقویت انسان (Human Enhancement)

بهبود حافظه: ایمپلنت‌های حافظه که می‌توانند حافظه کوتاه‌مدت و بلندمدت را تقویت کنند

یادگیری سریع: انتقال مستقیم دانش به مغز (مانند فیلم ماتریکس)

ارتباط مستقیم ذهن با ذهن: تله‌پاتی دیجیتال و انتقال افکار

افزایش توانایی‌های شناختی: بهبود تمرکز، خلاقیت و قدرت تحلیل

کنترل دستگاه‌های پیچیده: از هواپیماهای بدون سرنشین تا خودروهای هوشمند

کاربردهای روزمره

کنترل خانه هوشمند با فکر: روشن و خاموش کردن چراغ‌ها، تنظیم دما، کنترل تلویزیون

بازی‌های ذهنی: تجربه‌ای جدید در دنیای سرگرمی

ارتباط با دستگاه‌های دیجیتال: تایپ با فکر، جستجوی اینترنتی ذهنی

واقعیت مجازی و افزوده پیشرفته: تجربه‌های غوطه‌وری عمیق‌تر

چالش‌های پیش رو

با وجود پیشرفت‌های سریع، چالش‌های بزرگی نیز پیش روی این فناوری قرار دارد:

چالش‌های فنی

کیفیت سیگنال: بزرگترین مشکل EEG و روش‌های مشابه، وضوح پایین و دشواری تحلیل سیگنال‌هاست. حتی در روش‌های تهاجمی، کیفیت سیگنال ممکن است در طول زمان کاهش یابد.

سازگاری با بدن: در روش‌های تهاجمی، امکان تشکیل بافت زخم در اطراف الکترودها وجود دارد که سیگنال را ضعیف می‌کند. همچنین خطر عفونت و پس‌زدگی ایمپلنت وجود دارد.

انتقال داده دوطرفه: توسعه برنامه‌های کاملاً حلقه بسته که بتوانند داده‌ها را از ماشین به مغز منتقل کنند، بسیار چالش‌برانگیز است.

مصرف انرژی: ایمپلنت‌ها باید انرژی بسیار کمی مصرف کنند تا باتری آن‌ها زود تمام نشود و گرمای زیادی تولید نکنند.

پایداری طولانی‌مدت: ایمپلنت‌ها باید سال‌ها بدون افت کیفیت کار کنند.

چالش‌های اخلاقی و اجتماعی

حریم خصوصی ذهنی: اگر BCI بتواند افکار و احساسات ما را بخواند، چگونه از حریم خصوصی ذهنی محافظت کنیم؟ آیا شرکت‌ها یا دولت‌ها می‌توانند به افکار ما دسترسی پیدا کنند؟

امنیت سایبری: هک کردن BCI می‌تواند عواقب وحشتناکی داشته باشد. تصور کنید فردی بتواند ذهن شما را کنترل کند یا افکارتان را بدزدد. پروتکل‌های امنیتی پیشرفته برای جلوگیری از این حملات ضروری است.

عدالت و دسترسی: اگر BCIهای پیشرفته گران باشند، شکاف بین افراد توانگر و فقیر بیشتر می‌شود. آیا همه باید به این فناوری دسترسی داشته باشند؟ آیا این یک حق بشر است؟

هویت و اختیار: اگر افکار ما توسط BCI خوانده و تفسیر شوند، مفهوم هویت و اختیار شخصی چگونه تغییر می‌کند؟ چه کسی مسئول اعمال ناشی از فرمان‌های مغزی است؟ آیا فکر ما هنوز خصوصی است؟

نابرابری شناختی: اگر برخی انسان‌ها با BCI تقویت شوند و برخی نه، آیا این به شکاف عمیق‌تری در جامعه منجر نمی‌شود؟

کنترل ذهن: آیا دولت‌ها یا شرکت‌ها می‌توانند از BCI برای کنترل ذهن شهروندان استفاده کنند؟

چالش‌های قانونی و مقرراتی

مقررات سختگیرانه FDA: فرآیند تأیید سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) برای ایمپلنت‌های مغزی بسیار سختگیرانه و طولانی است.

قوانین بین‌المللی: کشورها قوانین متفاوتی برای فناوری‌های پزشکی و شناختی دارند. هماهنگ‌سازی این قوانین چالش بزرگی است.

مسئولیت حقوقی: اگر کسی با BCI مرتکب جرم شود، چه کسی مسئول است؟ کاربر؟ سازنده؟ هکر؟ قوانین جدیدی برای این موارد نیاز است.

نتیجه‌گیری

تاریخچه BCI سفری شگفت‌انگیز از کشف ساده امواج مغزی در آزمایشگاه هانس برگر تا کاشت تراشه‌های پیشرفته نورالینک در مغز انسان است. آنچه روزگاری در مرزهای تخیل جای داشت، امروز به عرصه واقعیت نزدیک‌تر از همیشه شده است. مغز انسان، با میلیاردها نورون خود، در حال یادگیری زبانی جدید است: زبان ارتباط مستقیم با ماشین‌ها.

با ورود به عصری که در آن BCI نه تنها برای درمان بیماران، بلکه برای تقویت انسان‌های سالم نیز به کار گرفته خواهد شد، پرسش‌های عمیق فلسفی و اخلاقی نیز مطرح می‌شود. آیا ما آماده‌ایم تا ذهن خود را به اینترنت متصل کنیم؟ حریم خصوصی افکار ما چگونه حفظ خواهد شد؟ آیا انسان‌های تقویت‌شده با BCI، هنوز انسان محسوب می‌شوند؟ این پرسش‌ها نیازمند گفتگوی گسترده اجتماعی و تدوین قوانین جدید هستند.

نکته مهم این است که توسعه BCI اجتناب‌ناپذیر به نظر می‌رسد. سرمایه‌گذاری‌های عظیم شرکت‌های بزرگ فناوری و حمایت‌های مالی دولت‌ها نشان می‌دهد که این فناوری با سرعت به پیش می‌رود. بنابراین، وظیفه جامعه علمی، قانون‌گذاران و عموم مردم است که با آگاهی و مشارکت فعال، مسیر این توسعه را به سمت‌های انسانی‌تر هدایت کنند.

شرکت پیشگامان لوتوس با آگاهی از این تحولات شگرف و با تکیه بر توانمندی‌های فنی خود، در مسیر توسعه فناوری‌های مرتبط با BCI گام برداشته است. این شرکت با درک اهمیت آینده‌ای که در آن مرزهای انسان و ماشین کمرنگ‌تر خواهد شد، سرمایه‌گذاری بر روی تحقیق و توسعه در این حوزه را به عنوان یک ضرورت استراتژیک دنبال می‌کند. همراهی با شرکت‌های پیشرو جهانی و بومی‌سازی فناوری‌های مرتبط با BCI برای جامعه فارسی‌زبان، بخشی از چشم‌انداز بلندمدت این شرکت است.

شرکت پیشگامان لوتوس همچنین با ایجاد شبکه‌ای از همکاری‌های علمی و صنعتی در داخل کشور، به دنبال ایجاد اکوسیستمی پویا برای توسعه فناوری‌های شناختی و عصبی است. این شرکت با برگزاری کارگاه‌ها و دوره‌های آموزشی تخصصی، به تربیت نیروی انسانی مورد نیاز این حوزه کمک می‌کند و با حمایت از استارتاپ‌های فعال در زمینه BCI، نقش خود را در توسعه این فناوری در ایران ایفا می‌نماید.

مقاله های ما “ رابط مغز و کامپیوتر (Brain-Computer Interface): پیوند انسان و ماشین”