ابتكار جديد.. كراسي متحركة يحركها الدماغ
في دراسة جديدة، أظهر الباحثون أن مستخدمي الشلل الرباعي يمكنهم تشغيل كراسي متحركة يحركها الدماغ في بيئة طبيعية مزدحمة.
يساعد الكرسي المتحرك الذي يتحكم فيه العقل الأشخاص المشلولين على اكتساب قدرة جديدة على الحركة من خلال ترجمة أفكار المستخدمين إلى أوامر ميكانيكية.
من خلال ترجمة أفكار المستخدمين إلى أوامر ميكانيكية، يمكن أن يساعد الكرسي المتحرك الذي يتحكم فيه العقل الشخص المصاب بالشلل على اكتساب قدرة جديدة على الحركة.
أظهر الباحثون أن مستخدمي الكراسي المتحركة التي يتحكم فيها العقل يمكنهم تشغيل الكراسي المتحركة التي يتحكم فيها العقل بعد التدريب لفترة طويلة.
ونشرت الدراسة الجديدة يوم 18 نوفمبر في مجلة iScience.
يقول مؤلف الدراسة الرئيسي جوسيه دي ميلان، إن التعلم المتبادل لكل من خوارزمية واجهة المستخدم والدماغ والآلة مهمان للمستخدمين لتشغيل هذه الكراسي المتحركة بنجاح.
يسلط البحث الضوء على مسار محتمل لتحسين الترجمة السريرية لتقنية واجهة الدماغ والآلة غير الغازية.
قام ميلان وزملاؤه بتجنيد ثلاثة أشخاص مصابين بشلل رباعي للدراسة الطولية. وخضع كل من المشاركين لجلسات تدريبية ثلاث مرات في الأسبوع لمدة 2 إلى 5 أشهر.
كان المشاركون يرتدون قبعة تكشف عن أنشطة الدماغ من خلال تخطيط كهربية الدماغ (EEG).
يتم تحويل تخطيط كهربية الدماغ إلى أوامر ميكانيكية للكراسي المتحركة عبر جهاز واجهة بين الدماغ والآلة.
طُلب من المشاركين التحكم في اتجاه الكرسي المتحرك من خلال التفكير في تحريك أجزاء أجسامهم.
وعلى وجه التحديد، كانوا بحاجة إلى التفكير في تحريك كلتا اليدين للانعطاف يسارًا وكلتا القدمين للانعطاف إلى اليمين.
في الجلسة التدريبية الأولى، كان لدى ثلاثة مشاركين مستويات متشابهة من الدقة – عندما تتوافق استجابات الجهاز مع أفكار المستخدمين – بحوالي 43٪ إلى 55٪.
وخلال فترة التدريب، شهد فريق جهاز واجهة الدماغ والآلة تحسنًا كبيرًا في الدقة لدى المشارك 1، الذي وصل إلى دقة تزيد عن 95٪ بنهاية تدريبه.
لاحظ الفريق أيضًا زيادة في الدقة لدى المشارك 3 إلى 98٪ في منتصف الطريق خلال تدريبه قبل أن يقوم الفريق بتحديث جهازه بخوارزمية جديدة.
يرتبط التحسن الذي لوحظ في المشاركين 1 و3 بالتحسن في تمييز الميزات، وهو قدرة الخوارزمية على تمييز نمط نشاط الدماغ المشفر لأفكار “الذهاب إلى اليسار” من ذلك لـ “اذهب يمينًا”.
وجد الفريق أن أفضل ميزة تميز ليس فقط نتيجة التعلم الآلي للجهاز ولكن أيضًا التعلم في دماغ المشاركين.
أظهر مخطط كهربية الدماغ للمشاركين 1 و3 تحولات واضحة في أنماط الموجات الدماغية حيث قاموا بتحسين الدقة في التحكم في الجهاز.
يقول ميلان: “نرى من نتائج مخطط كهربية الدماغ (EEG) أن الشخص قد عزز مهارة تعديل أجزاء مختلفة من أدمغته لتوليد نمط التوجه إلى اليسار ونمط مختلف للاتجاه نحو اليمين”.
ويضيف “نعتقد أن هناك إعادة تنظيم قشرية حدثت نتيجة لعملية تعلم المشاركين”.
مقارنة بالمشاركين 1 و3، لم يكن لدى المشارك 2 أي تغييرات كبيرة في أنماط نشاط الدماغ طوال التدريب.
زادت دقته بشكل طفيف فقط خلال الجلسات القليلة الأولى، والتي ظلت مستقرة لبقية فترة التدريب.
يقول ميلان إنه يشير إلى أن التعلم الآلي وحده غير كافٍ لمناورة مثل هذا الجهاز الذي يتحكم فيه العقل بنجاح.
بحلول نهاية التدريب، طُلب من جميع المشاركين قيادة كراسيهم المتحركة عبر غرفة المستشفى المزدحمة.
وكان عليهم تجاوز العقبات مثل مقسم الغرفة وأسرّة المستشفيات، والتي تم إعدادها لمحاكاة بيئة العالم الحقيقي.
أنهى كل من المشاركين 1 و3 المهمة بينما فشل المشارك 2 في إكمالها.
أفضل كرسي متحرك كهربائي قابل للطي
يقول ميلان: “يبدو أنه لكي يكتسب شخص ما تحكمًا جيدًا في واجهة الدماغ والآلة التي تسمح له بأداء نشاط يومي معقد نسبيًا مثل قيادة الكرسي المتحرك في بيئة طبيعية، فإنه يتطلب بعض إعادة تنظيم اللدائن العصبية في قشرتنا”.
كما أكدت الدراسة على دور التدريب طويل المدى للمستخدمين.
وعلى الرغم من أن المشارك 1 كان يؤدي أداءً استثنائيًا في النهاية، إلا أنه كافح في الجلسات التدريبية القليلة الأولى أيضًا، كما يقول ميلان.
تعد الدراسة الطولية واحدة من أولى الدراسات التي تقيم الترجمة السريرية لتقنية واجهة الدماغ والآلة غير الغازية في الأشخاص المصابين بالشلل الرباعي.
بعد ذلك، يريد الفريق معرفة سبب عدم تجربة المشارك 2 لتأثير التعلم.
إنهم يأملون في إجراء تحليل أكثر تفصيلاً لإشارات دماغ جميع المشاركين لفهم الاختلافات والتدخلات المحتملة للأشخاص الذين يعانون من عملية التعلم في المستقبل.
