پهنای باند ایمپلنت های مغزی افزایش می یابد

تیمی از محققان دانشگاه پردو در آمریکا، روشی جدید برای برقرارسازی ارتباط میان مغز انسان و کامپیوتر‌ها با استفاده از ایمپلنت های مغزی (عصبی) بی‌سیم را پیشنهاد داده‌اند. این روش به حسگر فشرده کاشته شده در مغز اجازه می‌دهد تا داده‌ها را درک کرده و به یک دستگاه پوشیدنی (مانند هدفون) انتقال دهد.

بر اساس گزارش‌های ارائه شده، این روش جدید عملکرد خود را بدون ایجاد اختلال در عملکرد طبیعی و فیزیولوژیکی بدن، ارائه خواهد داد. این نوآوری، پتانسیلی شگفت‌انگیزی را در پیشرفت عملکرد “رابط‌های مغز و کامپیوتر” و فراهم شدن بستری یکپارچه برای صورت گرفتن تعاملات میان انسان‌ها و کامپیوتر‌ها را نوید می‌دهد. یافته‌های این مطالعه در مجله معتبر Nature Electronics منتشر شده است.

رویکرد جدید در ایمپلنت‌های عصبی بی‌سیم

در حالت کلی، بدن انسان‌ها به عنوان بخشی از فرآیندهای فیزیولوژیکی منظم بدن، به تولید سیگنال‌های الکتریکی کوچکی می‌پردازد و در نهایت از این سیگنال‌ها در راستای عمل کردن به اهداف متنوعی (نظیر برقرارسازی ارتباط میان نورون‌های مغز و عملکرد سیستم عضلانی) استفاده می‌کند.

در سال‌های اخیر، دانشمندان حوزه علوم اعصاب، از قدرت ذاتی این سیگنال‌های الکتریکی مغزی به منظور توسعه رابط‌های مغز و کامپیوتر (BCI) بهره گرفته‌اند. این دسته از ایمپلنت‌های مغزی مبتنی بر BCI قادر به “ثبت و تحریک نواحی مختلف مغز” هستند.

پیش‌تر نیز گروهی از محققان دانشگاه پردو از زیست‌پذیری تکنیکی به نام “ارتباط الکتروکوزیستاتیک بدن انسان (EQS-HBC)” پرده‌برداری کردند. در این فناوری، دانشمندان بر این باورند که بدن انسان قادر است به عنوان وسیله‌ای برای برقرارسازی ارتباطات الکتریکی با فرکانس پایین، عملکرد مناسبی را از خود به نمایش بگذارد.

ایده این فناوری نوین، از ماهیت و خواص سیگنال‌های الکتریکی طبیعی بدن انسان‌ها گرفته شده است. بر همین اساس، دانشمندان معتقدند که این روش قادر است تا با استفاده از این سیگنال‌های الکتریکی بدن، بستر مناسبی را برای انتقال داده‌ها میان دستگاه‌های الکترونیکی یا حسگرهای مغزی فراهم سازد.

بایب‌هاب چاترجی، سرپرست این مطالعه اظهار کرد:

در این پژوهش تلاش شده است تا با استفاده از ارتباط داده‌های با توان کم و در عین حال با پهنای باند بالا، از بافت بیولوژیکی مغز به عنوان رسانه‌ای برای انتقال سیگنال‌های مورد نظر بهره گرفته شود. ما در این پژوهش، به صورت گسترده، قابلیت بهره‌مندی از این رویکرد را در حیطه گجت‌های پوشیدنی و ایمپلنت‌های مغزی، مورد بررسی قرار داده‌ایم. نتایج آزمایش‌های ما نشان می‌دهد که این بافت منحصر به فرد قادر است تا با “خاتمه مقاومت الکتریکی در مغز” بستری را برای یک کانال باند عریض در فرکانس‌های (EQS) الکترو شبه‌استاتیک (تا ده‌ها مگاهرتز) فراهم سازد.

با این حال، محققان در عملی کردن این ایده، به دلیل احاطه شدن ایمپلنت با یک بافت رسانا با چالش اساسی “محدود شدن ارتباط موثر” مواجه شدند. در مطالعه جدید، این گروه از محققان یک رویکرد دو فازی به نام “ارتباطات شبه‌استاتیک مغزی دو فازی برای ایمپلنت‌های مغزی (عصبی) بی‌سیم” را اتخاذ کردند. در اینجا، از سیگنالی که در فرکانس نسبتاً پایین کار می‌کند، با اصطلاح “شبه‌استاتیک” یاد می‌شود.

جاترجی در ادامه اظهارات خود گفت:

در این مطالعه، ما تکنیکی به نام ارتباط دو فازی شبه‌استاتیک مغزی (BP-QBC) را به نمایش می‌گذاریم. این تکنیک ضمن کاهش مصرف انرژی چشمگیر (کاهش تقریباً 41 برابر در 1 مگاهرتز)، یک کانال ارتباطی بسیار کم مصرف و در عین حال باند عریض را ایجاد می‌کند. علاوه بر این، در روش ما به دلیل سیگنال‌دهی کاملاً الکترو شبه‌استاتیکی (EQS) در زمان انتقال، داده‌ها متحمل هیچگونه تلفاتی نخواهند شد. از این جهت، این فناوری با کاهش تلفات در سطح سیستم، نسبت به سایر فناوری‌های رقیب (مانند امواج فرا‌صوت، نوری و انتقال داده مغناطیسی الکتریکی) مزیتی انکار نا‌پذیر را ارائه می‌دهد.

این روش پیشگامانه ارتباط بی‌سیم بین مغز و کامپیوتر، فرصت‌ها و چشم‌انداز‌های هیجان انگیزی را برای پیشرفت ایمپلنت‌های مغزی آینده فراهم می‌کند. اندازه‌گیری‌های in-vivo نیز از آنچه که محققان در این تکنیک شرح داده‌اند، پشتیبانی می‌کنند و به این مطالعه اعتبار بیشتری می‌بخشند.

علاوه بر این، به نظر می‌رسد که این رویکرد، دستیابی به بینش‌های ارزشمندی در رابطه بیماری‌هایی نظیر “پارکینسون، سندرم تورت (نشانگان توره)، صرع، و افسردگی و ..” را نوید می‌دهد.

منبع: InterestingEngineering