چقدر طول می‌کشد تا رابط‌های مغز و رایانه پوشیدنی فراگیر شوند؟

دستگاه‌هایی که ذهن انسان را به رایانه متصل می‌کنند با سرعت در حال پیشرفت هستند. هم‌اکنون، این رابط‌های مغز و رایانه (BCI) به بیماران دچار فلج شدید اجازه می‌دهند تا با مغز خود ارتباط برقرار کنند، از دستگاه‌های دیجیتال استفاده نمایند یا خانه‌های هوشمند را کنترل کنند.

آزمایش‌ها همچنین بررسی می‌کنند که آیا این فناوری می‌تواند به بازگرداندن گفتار بیماران یا کنترل ماشین‌آلات رباتیک کمک کند. حتی یک بیمار بریتانیایی با آسیب نخاعی، یک BCI را برای بازگرداندن بخشی از حرکات بدن خود کاشت کرده است.

در حال حاضر، این BCIهای پزشکی عمدتاً کاشت‌پذیر هستند – یعنی برای کار کردن نیاز به جراحی و قرار دادن در مغز یا روی سطح آن دارند. آن‌ها همچنان آزمایشی محسوب می‌شوند.

اما در کنار آن‌ها، تعدادی BCI پوشیدنی و غیرکاشت‌پذیر به طور فزاینده‌ای در حال ظهور هستند. علی‌رغم نوآوری آن‌ها، این دستگاه‌ها هم‌اکنون به عنوان ابزارهایی برای بهبود فعالیت‌های روزمره و درمان مشکلات شناختی و جسمی به مصرف‌کنندگان فروخته می‌شوند.

شرکت‌ها در حال بازاریابی دستگاه‌های پوشیدنی برای مدیتیشن، پایش توجه و آموزش شناختی هستند. برخی از آن‌ها دستگاه‌های پوشیدنی‌ای را می‌فروشند که ادعا می‌کنند می‌توانند خستگی را پایش کنند، برای بازی استفاده شوند یا حالت «جریان» (Flow) را حین کار افزایش دهند. در بازار BCIهای پوشیدنی به شکل هدباند، هدفون‌های مجهز به حسگر یا کلاه بیسبال وجود دارد.

به طور کلی، این دستگاه‌های پوشیدنی به دو روش عمل می‌کنند.

دستگاه‌های حسگر وجود دارند – سیستم‌هایی که فعالیت مغز را از خارج بدن اندازه‌گیری می‌کنند. معمولاً این سیستم‌ها از نوار مغز (EEG)، که سیگنال‌های الکتریکی بسیار ضعیف مغز را از پوست سر تشخیص می‌دهد، یا طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک عملکردی (fNIRS)، که تغییرات جریان خون مرتبط با فعالیت مغز را اندازه‌گیری می‌کند، استفاده می‌کنند.

هدف این است که سیگنال‌های بیولوژیکی پر نویز به اطلاعات معنادار ترجمه شوند – مثلاً اینکه آیا مغز شما برای تمرکز تلاش می‌کند و نیاز به استراحت دارد – یا امکان تعامل جایگزین یا کنترل دستگاه‌های دیجیتال فراهم شود. آن‌ها همچنین برای درمان درد و PTSD یا توان‌بخشی سکته مغزی مورد بررسی قرار گرفته‌اند.

سپس BCIهای پوشیدنی‌ای هستند که سعی دارند با استفاده از جریان الکتریکی یا سایر انواع تحریک، فعالیت مغز را تغییر دهند – که به عنوان فناوری‌های نورومادولاسیون یا نورواستیمولاسیون شناخته می‌شوند. این‌ها می‌توانند برای درمان شرایط پزشکی نیز طراحی شوند، برای مثال افسردگی، PTSD یا درد عصبی.

امید واقعی در اینجا وجود دارد. ما می‌دانیم که امکان تشخیص جنبه‌هایی از توجه، بار شناختی، نیت و تغییرات حالت ذهنی از فعالیت مغز، یا تعدیل فعالیت مغز برای اثر درمانی مفید، وجود دارد.

کنترل اسکلت‌های بیرونی (Exoskeletons) طراحی شده برای کمک به بیماران جهت بازگرداندن عملکرد حرکتی پس از سکته مغزی، توسط مغز نیز بارها در محیط‌های تحقیقاتی اثبات شده است.

با این حال، ما هنوز راه زیادی تا تحقق کامل پتانسیل این دستگاه‌های پوشیدنی و تبدیل شدن آن‌ها به بخشی از زندگی روزمره داریم. دلیل آن در ادامه آمده است.

شرکت‌ها در حال حاضر BCIهای پوشیدنی را بر اساس مطالعات امیدوارکننده اما نسبتاً کوچک می‌فروشند. گاهی اوقات آن‌ها خودشان این مطالعات را انجام می‌دهند. این موضوع برای فناوری‌های نوظهور غیرعادی نیست. اما پذیرش گسترده به شواهد بسیار قوی‌تر نیاز خواهد داشت.

و ادعاهای شرکت‌ها اغلب توسط مطالعات اثبات مفهوم (Proof-of-concept) که در محیط‌های کنترل‌شده و تحت نظارت انجام شده‌اند، پشتیبانی می‌شود. این موضوع کاملاً متفاوت از استفاده مستقل در خانه‌ها، محل کار یا زندگی روزمره است.

مغز بسیار متغیر است. سیگنال‌ها بین افراد، گروه‌های سنی، حالات خستگی، محیط‌ها و زمینه‌ها تفاوت دارند. سیستمی که برای یک نفر خوب کار می‌کند ممکن است برای دیگری شکست بخورد. سیستمی که صبح کار می‌کند ممکن است عصر عملکرد ضعیفی داشته باشد. سیگنال‌های مغزی همچنین پر نویز و کم‌دامنه هستند که ترجمه آن‌ها به چیزی معنادار را دشوار می‌سازد.

همه این موارد یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های فنی این حوزه را ایجاد می‌کنند: قابلیت اطمینان.

هوش مصنوعی ممکن است کمک کند، اما BCIها با مشکل بنیادین کمبود داده مواجه هستند. برخلاف هوش مصنوعی مبتنی بر زبان یا تصویر، مجموعه داده‌های استاندارد بزرگ از فعالیت مغز برای آموزش مدل‌ها همچنان نسبتاً کمیاب است.

آنچه این حوزه نیاز دارد، مطالعات استقرار گسترده، طولانی‌مدت و در دنیای واقعی است، همراه با حکمرانی اخلاقی. ما به هزاران کاربر نیاز داریم که در جمعیت‌ها و محیط‌های متنوع، سیستم‌ها را به صورت مستقل و در دوره‌های طولانی استفاده کنند و داده‌های معناداری تولید نمایند، از جمله داده‌هایی درباره ویژگی‌ها و حالات ذهنی کاربران و تنظیمات آزمایشی یا استفاده.

این روشی است که ما تعیین خواهیم کرد چه چیزی کار می‌کند، برای چه کسی و تحت چه شرایطی.

همچنین صرفاً نشان دادن اینکه این دستگاه‌ها کار می‌کنند کافی نیست. چالش این است که ثابت کنیم آن‌ها به اندازه کافی خوب، به طور مداوم و با منافع آشکار کافی کار می‌کنند تا مردم به استفاده از آن‌ها ادامه دهند. این کار بسیار دشوارتر است.

برخی BCIها نیازمند مشارکت فعال هستند. آن‌ها بر اساس فعالیت مغزی پوشنده، بازخورد صوتی یا بصری ارائه می‌دهند تا به او امکان دهند مغز خود را برای خودتنظیمی به روش‌های مفید آموزش دهد – برای مثال برای تمرکز یا آرامش. این فرآیند نوروفیدبک نامیده می‌شود.

این امر مستلزم آن است که کاربران بارها و با دقت با BCI خود درگیر شوند و در یادگیری تنظیم جنبه‌هایی از حالت ذهنی خود پافشاری کنند. اگر منافع ظریف، ناپایدار یا کند ظاهر شوند، مشارکت سریعاً کاهش می‌یابد.

دستگاه‌هایی که مغز را تحریک یا تعدیل می‌کنند نیز سوالاتی را در مورد ایمنی، استفاده طولانی‌مدت، سوءاستفاده و نظارتی بودن، به ویژه اگر مصرف‌کنندگان بخواهند بدون شواهد محکم یا حفاظت‌های زیربنایی فناوری، خلق‌وخو، شناخت یا عملکرد خود را «ارتقا» دهند، مطرح می‌کنند.

اثبات ارزش BCIهای غیرفعال – آن‌هایی که نیاز به کنترل عمدی کاربر یا سازگاری رفتاری ندارند – ممکن است آسان‌تر باشد. اگر سیستم‌ها بتوانند حالت شناختی را پایش کنند، استرس را تشخیص دهند یا وضعیت سایر دستگاه‌ها را به طور خودکار تطبیق دهند، بار کاربر کاهش می‌یابد. اما این چالش دیگری را معرفی می‌کند: حریم خصوصی.

EEG مصرفی «ذهن‌خوانی» نیست. استنتاج آنچه کسی فکر می‌کند از سیگنال‌های مغزی ثبت‌شده بدون اطلاعات زمینه‌ای قابل توجه، مانند اینکه کسی به چه چیزی نگاه می‌کند یا چه کاری انجام می‌دهد، بسیار دشوار است. اما وقتی سیگنال‌های مغزی با داده‌های زمینه‌ای ترکیب شوند، ممکن است استنتاج ترجیحات، بار کاری، حالت عاطفی یا اقداماتی که قصد انجام آن‌ها را دارد، به تدریج امکان‌پذیر شود. حریم خصوصی ذهنی، رضایت و مالکیت داده‌های عصبی با محبوب‌تر شدن این دستگاه‌ها مسائل حیاتی خواهند بود.

تضمین کاربرد، ایمنی و حریم خصوصی به معنای ساخت اکوسیستم‌هایی حول استقرار BCI است، نه فقط دستگاه‌ها. این‌ها ممکن است شامل مقررات و استانداردها، مطالعات اعتبارسنجی در دنیای واقعی، پلتفرم‌های مدیریت مسئولانه برای جمع‌آوری داده‌های کاربر و متخصصان آموزش‌دیده برای حمایت از استفاده ایمن از دستگاه‌ها باشند.

در مقایسه با نمونه‌های کاشت‌پذیر، BCIهای پوشیدنی می‌توانند – با سرمایه‌گذاری مناسب – تأثیر کوتاه‌مدت بیشتری داشته باشند. آن‌ها مقیاس‌پذیرتر هستند، ریسک کمتری برای پوشندگان دارند و قادر به تولید داده‌های کاربر در دنیای واقعی هستند که می‌تواند به سرعت آن‌ها را بهبود بخشد.

مهم است که هرگونه اکوسیستم، چارچوب اعتماد و مدل استقرار ساخته شده حول BCIهای پوشیدنی امروز، ممکن است راه را برای پذیرش گسترده‌تر نورومادولاسیون پیشرفته‌تر و عصب‌فناوری‌های کاشت‌پذیر در آینده هموار کند. سرمایه‌گذاری در عصب‌فناوری پوشیدنی اکنون می‌تواند به ایجاد پایه‌های فنی، اخلاقی، نظارتی و اجتماعی لازم برای مؤثرتر، قابل اعتمادتر و ایمن‌تر شدن BCIهای آینده کمک کند.

افق پنج تا ده ساله برای پیشرفت معنادار و گسترده در BCIهای پوشیدنی ممکن است – اما تنها اگر سرمایه‌گذاری از توسعه گجت‌ها به سمت اعتبارسنجی در مقیاس بزرگ، توسعه اکوسیستم و استقرار مسئولانه تغییر کند.