رابط مغز و کامپیوتر فراصوتی (Ultrasound BCI)

رابط مغز و کامپیوتر فراصوتی (Ultrasound BCI)

دنیای رابط‌های مغز و کامپیوتر (BCI) تا پیش از این عمدتاً تحت سلطه دو رویکرد اصلی بود: روش‌های غیرتهاجمی مبتنی بر الکتروانسفالوگرافی (EEG) که سیگنال‌های الکتریکی را از سطح جمجمه ثبت می‌کنند، و روش‌های تهاجمی مانند نورالینک که با کاشت الکترود در عمق بافت مغز، وضوح سیگنال بالایی ارائه می‌دهند اما نیازمند جراحی باز جمجمه هستند . هر یک از این روش‌ها محدودیت‌های خاص خود را دارند: EEG وضوح مکانی پایینی دارد و سیگنال‌های آن به شدت تحت تأثیر جمجمه و نویزهای محیطی قرار می‌گیرد . روش‌های تهاجمی نیز با خطر عفونت، آسیب بافتی و واکنش‌های ایمنی بدن همراه‌اند .

اما در دو سال اخیر، یک رویکرد سوم و کاملاً متفاوت در حال شکل‌گیری است: استفاده از امواج فراصوت (Ultrasound) برای تعامل با مغز. این فناوری که ریشه در تصویربرداری پزشکی دارد، با رویکردی کاملاً نوآورانه به سراغ مغز می‌رود . امواج فراصوت، امواج صوتی با فرکانس بالاتر از محدوده شنوایی انسان هستند که قابلیت نفوذ به بافت‌ها را دارند. اما کاربرد آنها در BCI فراتر از تصویربرداری ساده است.

فراصوت کارکردی (Functional Ultrasound) چگونه کار می‌کند؟ وقتی نورون‌ها فعال می‌شوند، به اکسیژن بیشتری نیاز دارند. این نیاز باعث تغییر در جریان خون موضعی می‌شود. امواج فراصوت می‌توانند این تغییرات جریان خون را با دقت بسیار بالا (حدود ۰.۲ میلی‌متر) شناسایی کنند و نقشه‌ای از فعالیت مغز ترسیم نمایند که در آن نواحی فعال به رنگ قرمز دیده می‌شوند .

اما قابلیت فراصوت به خواندن مغز محدود نمی‌شود. وقتی چند پرتو فراصوت روی یک نقطه متمرکز شوند، می‌توانند فشار اطراف نورون‌ها را تغییر داده و نرخ فعالیت آنها را دستکاری کنند. این یعنی تحریک عصبی هدفمند و غیرتهاجمی . به عبارت دیگر، فراصوت می‌تواند هم از مغز "بخواند" و هم در آن "بنویسد".

چیزی که این فناوری را واقعاً انقلابی می‌کند، پوشش کامل مغز است. برخلاف الکترودهای تهاجمی که فقط ناحیه کوچکی از کاشت خود را پوشش می‌دهند یا EEG که فقط سیگنال‌های سطحی را دریافت می‌کند، امواج فراصوت می‌توانند به تمام نواحی مغز دسترسی پیدا کنند . فونیکس پنگ، مدیرعامل استارتاپ چینی گستالا (Gestala)، در این باره می‌گوید: "رابط مغز و کامپیوتر الکتریکی فقط از بخشی از مغز مانند قشر حرکتی ثبت می‌کند، اما به نظر می‌رسد فراصوت می‌تواند قابلیت دسترسی به کل مغز را فراهم کند" .

این ویژگی منحصربه‌فرد، Ultrasound BCI را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای بالینی تبدیل کرده است. در پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته‌ای که توسط تیم‌های بین‌المللی دنبال می‌شود، از جمله پژوهش‌هایی که متخصصان پیشگامان لوتوس نیز به صورت جدی در حال رصد و مطالعه آن هستند، تمرکز اصلی بر استفاده از این فناوری برای درمان اختلالات عصبی و روانپزشکی بدون نیاز به جراحی‌های پرهزینه و پرخطر است.

بخش دوم: کاربردهای عملی و چالش‌های فنی (۵ کاربرد کلیدی)

در این بخش، مهم‌ترین کاربردهای Ultrasound BCI را به صورت موردی بررسی می‌کنیم و سپس به چالش‌های پیش روی این فناوری می‌پردازیم.

کاربرد اول: درمان دردهای مزمن
نخستین و ملموس‌ترین کاربرد Ultrasound BCI در حوزه درمان دردهای مزمن است. مطالعات اولیه نشان داده‌اند که فراصوت متمرکز (Focused Ultrasound) با هدف‌گیری قشر سینگولیت قدامی (Anterior Cingulate Cortex) می‌تواند شدت درد را تا یک هفته کاهش دهد . این روش در حال حاضر در مراحل بالینی برای بیمارانی که به درمان‌های دارویی پاسخ نمی‌دهند، آزمایش می‌شود. استارتاپ گستالا در چین اولین محصول خود را به صورت یک دستگاه بالینی ثابت برای درمان درد مزمن طراحی کرده و در حال مذاکره با بیمارستان‌ها برای آزمایش این فناوری است .

کاربرد دوم: درمان افسردگی و اختلالات روانپزشکی
افسردگی مقاوم به درمان، اختلال وسواس فکری-عملی و اعتیاد از جمله اهداف بعدی Ultrasound BCI هستند. از آنجا که امواج فراصوت می‌توانند چندین نقطه از مغز را همزمان تحریک کنند، برای درمان اختلالات چندوجهی مانند افسردگی که شبکه‌های عصبی گسترده‌ای را درگیر می‌کنند، گزینه‌ای ایده‌آل محسوب می‌شوند . مرحله دوم توسعه در استارتاپ‌های فعال این حوزه، ساخت یک کلاه قابل‌حمل (Helmet) است که بیماران بتوانند تحت نظارت پزشک در منزل از آن استفاده کنند. این کلاه برای افسردگی، بهبود سکته مغزی و اختلالات خواب کاربرد خواهد داشت .

کاربرد سوم: ترمیم سکته مغزی و توانبخشی عصبی
پس از سکته مغزی، بسیاری از بیماران با ناتوانی‌های حرکتی و شناختی مواجه می‌شوند. Ultrasound BCI می‌تواند با تحریک نواحی آسیب‌دیده و تسهیل نوروپلاستیسیتی (انعطاف‌پذیری عصبی)، روند بهبود را تسریع کند. ترکیب این فناوری با روش‌های توانبخشی سنتی، افق جدیدی را در نوروتکنولوژی توانبخشی گشوده است .

کاربرد چهارم: تشخیص و پایش بیماری‌های عصبی
فراصوت کارکردی می‌تواند نقشه‌ای با وضوح بالا از فعالیت مغز تهیه کند که در تشخیص زودهنگام بیماری‌هایی مانند آلزایمر، پارکینسون و صرع مفید است . پژوهشگران توانسته‌اند با دستگاه فراصوت، فعالیت مغزی انسان هنگام نواختن گیتار یا بازی ویدیویی را ثبت کنند که نشان‌دهنده دقت بالای این روش در پایش عملکردهای شناختی است .

کاربرد پنجم: سونوژنتیک (Sonogenetics) – آینده مهندسی عصبی
پیشرفته‌ترین و آینده‌نگرانه‌ترین کاربرد Ultrasound BCI، ترکیب آن با مهندسی ژنتیک است. در روشی به نام سونوژنتیک، سلول‌های عصبی به صورت ژنتیکی طوری تغییر می‌کنند که به امواج فراصوت حساس شوند . به زبان ساده، به جای کاشت الکترود در مغز، ژن‌هایی به سلول‌ها وارد می‌شود تا آنها بتوانند به امواج صوتی پاسخ دهند و اطلاعات فکری را از طریق این پاسخ به کامپیوتر منتقل کنند. این فناوری هنوز در مراحل بسیار اولیه است، اما پتانسیل ایجاد یک "آنتن ژنتیکی" در مغز را دارد که بدون هیچ سیم‌کشی، ارتباط دوطرفه با ماشین را ممکن می‌سازد .

چالش‌های فنی پیش رو
با وجود تمام این قابلیت‌ها، Ultrasound BCI با چالش‌های جدی نیز مواجه است:

تضعیف سیگنال توسط جمجمه: جمجمه انسان امواج فراصوت را تضعیف و دچار اعوجاج می‌کند. بهترین نتایج تا به امروز با برداشتن بخشی از جمجمه یا استفاده از "پنجره‌های" مصنوعی به دست آمده است .

سرعت پایین: برخلاف روش‌های الکتریکی که فعالیت نورون‌ها را مستقیماً ثبت می‌کنند، فراصوت تغییرات جریان خون را اندازه‌گیری می‌کند که شاخصی غیرمستقیم و با تأخیر است . این تأخیر (در حد ثانیه) برای کاربردهای بلادرنگ مانند رمزگشایی گفتار، یک محدودیت بنیادین ایجاد می‌کند .

نیاز به جراحی محدود: اگرچه Ultrasound BCI بسیار کم‌تهاجمی‌تر از روش‌های کاشت الکترود است، اما در بسیاری از موارد همچنان به یک جراحی کوچک برای دسترسی به زیر جمجمه نیاز دارد .

تیم تحقیق و توسعه پیشگامان لوتوس با بررسی دقیق این چالش‌ها و رصد آخرین دستاوردهای شرکت‌های پیشرو مانند مرج لبز (Merge Labs) و گستالا، در حال مطالعه امکان‌سنجی پیاده‌سازی نمونه‌های اولیه از این فناوری در کاربردهای بالینی بومی است.

بخش سوم: رقابت جهانی، چشم‌انداز آینده و ملاحظات اخلاقی

بازیگران اصلی در عرصه جهانی
Ultrasound BCI در دو سال اخیر به میدان رقابت غول‌های فناوری تبدیل شده است. دو استارتاپ اصلی در این حوزه توجهات را به خود جلب کرده‌اند:

مرج لبز (Merge Labs): این شرکت با حمایت ۲۵۲ میلیون دلاری سم آلتمن، مدیرعامل OpenAI، و تیمی از محققان برجسته از مؤسسه فناوری کَلتک (Caltech)، به دنبال توسعه روش‌های مبتنی بر فراصوت برای تصویربرداری و تنظیم فعالیت مغز است . رویکرد این شرکت "فقط خواندنی" (Read-Only) است؛ یعنی هدف اولیه آن رمزگشایی فعالیت مغزی برای تعامل با مدل‌های هوش مصنوعی مانند ChatGPT است . آلتمن پیشتر تأکید کرده بود که تمایل دارد "به چیزی فکر کند و ChatGPT به آن پاسخ دهد" و معتقد است این روش، منطقی‌تر از کاشت الکترود در مغز است .

گستالا (Gestala): استارتاپ چینی که در ژانویه ۲۰۲۶ راه‌اندازی شد، با تمرکز بر کاربردهای بالینی مانند درد مزمن، افسردگی و بهبود سکته مغزی وارد میدان شده است . فونیکس پنگ، مدیرعامل این شرکت، رویکرد محافظه‌کارانه‌تری دارد و بر "عملکردهای عصبی سالم‌تر" به جای سناریوهای علمی-تخیلی تقویت انسان تأکید می‌کند .

این رقابت بین ایالات متحده و چین نشان می‌دهد که Ultrasound BCI به یک اولویت استراتژیک در فناوری‌های عصبی تبدیل شده است.

چشم‌انداز آینده: از کلاه هوشمند تا سیستم حلقه بسته
نسل دوم دستگاه‌های Ultrasound BCI، به شکل یک کلاه قابل‌حمل طراحی خواهد شد که بیماران بتوانند در منزل از آن استفاده کنند . هدف نهایی، ایجاد یک سیستم حلقه بسته (Closed-loop) است که به طور خودکار حالت‌های غیرعادی مغز (مانند شروع یک حمله صرع یا دوره افسردگی) را تشخیص داده و تحریک درمانی مناسب را به همان ناحیه اعمال کند . این سطح از شخصی‌سازی و هوشمندی، می‌تواند درمان بسیاری از اختلالات عصبی و روانپزشکی را متحول کند.

مکسیمیلیان ریزنهوبر، مدیر مرکز نورواندیشی دانشگاه جرج‌تاون، با احتیاط در این باره می‌گوید: "من انتظار ندارم مردم به این زودی‌ها بتوانند بر اساس تصویربرداری فراصوت کارکردی با ChatGPT تعامل کنند" . با این حال، حجم سرمایه‌گذاری و جدیت تیم‌های علمی درگیر، نشان می‌دهد که این فناوری فراتر از یک شعار تبلیغاتی است.

ملاحظات اخلاقی: حریم خصوصی ذهنی در خطر است
همزمان با پیشرفت فناوری‌های عصبی، نگرانی‌های اخلاقی جدی نیز مطرح شده است. داده‌های مغزی به عنوان حساس‌ترین داده‌های انسانی شناخته می‌شوند، زیرا می‌توانند احساسات، افکار، عقاید و نیات اشخاص را آشکار کنند . آشکارسازی این داده‌ها ممکن است فرد را در معرض آسیب قرار دهد یا دیگران را به کنترل رفتار او قادر سازد .

شیلی اولین کشور جهان بود که در سال ۲۰۲۱ اصلاحیه‌ای برای قانون اساسی خود در خصوص حق حفاظت از داده‌های مغزی تصویب کرد و پس از آن فرانسه و اسپانیا نیز قوانینی در این حوزه وضع کردند . در ایران نیز پژوهشگران حقوقی بر ضرورت تدوین یا اصلاح قوانین برای محافظت از داده‌های مغزی و ذهنی انسان، پیش از تجاری‌سازی گسترده این دستگاه‌ها تأکید کرده‌اند .

نتیجه‌گیری نهایی

رابط مغز و کامپیوتر فراصوتی، یکی از هیجان‌انگیزترین و تحول‌آفرین‌ترین فناوری‌های دهه جاری است. این روش با عبور از محدودیت‌های روش‌های تهاجمی و غیرتهاجمی سنتی، راهی میانه و هوشمندانه برای تعامل با مغز ارائه می‌دهد. از درمان دردهای مزمن و افسردگی گرفته تا پایش بیماری‌های عصبی و در آینده دور، ارتباط مستقیم با هوش مصنوعی، کاربردهای این فناوری روزبه‌روز گسترده‌تر می‌شود.

با این حال، راه until رسیدن به یک Ultrasound BCI کاملاً عملیاتی و قابل اعتماد، طولانی و پرچالش است. تضعیف سیگنال توسط جمجمه و تأخیر زمانی در ثبت فعالیت عصبی، مهم‌ترین موانع فنی پیش رو هستند. همزمان، ملاحظات اخلاقی مربوط به حریم خصوصی ذهنی و امنیت داده‌های عصبی، ضرورت تدوین قوانین حمایتی را بیش از پیش آشکار می‌سازد.

شرکت پیشگامان لوتوس با بهره‌گیری از تیمی مجرب در حوزه فناوری‌های نوین و هوش مصنوعی، آماده همراهی با مراکز تحقیقاتی و درمانی کشور در مسیر بومی‌سازی این فناوری پیشرفته است. ترکیب دانش فنی روز دنیا با شناخت عمیق از نیازهای بومی، راهکارهایی را رقم می‌زند که نه تنها مرزهای دانش را جابجا می‌کند، بلکه افق‌های تازه‌ای را در درمان بیماری‌های عصبی و ارتقای کیفیت زندگی بیماران می‌گشاید. آینده ارتباط انسان و ماشین، بی‌سیم و نامرئی خواهد بود و Ultrasound BCI یکی از جدی‌ترین گزینه‌ها برای تحقق این آینده است.

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