واجهة الدماغ والحاسوب | BCI

هل تسألت يوماً عن إن كان بالإمكان فعل أي أمر بمجرد التفكير فيه؟

دعني أعيد صياغة السؤال لك، هل بإمكانك فعل أمر ما بمساعدة إشارات دماغك؟

أن تلعب مثلاً بدون عصا تحكم

أو أن تكتب بلا لوحة مفاتيح 

أو حتى أن تتواصل مع غيرك دون أن تتفوه بكلمة…

نعم. تستطيع فعل ذلك باستخدام تقنية واجهة الدماغ والحاسوب. وفي هذه التدوينة سنشرح لك كيفية عمل هذه التقنية التي تمكنك من تنفيذ أوامر لا حصر لها.

تقنية واجهة الدماغ والحاسوب
 Brain-Computer Interface (BCI) 

تتمحور تقنية واجهة الدماغ والحاسوب BCI على ربط الدماغ بالحاسب، مما يمكننا من تفسير وترجمة الموجات الدماغية في تطبيق معين، مثل: التحكم باليد الصناعية عن طريق الدماغ، وتواصل مرضى الشلل مع محيطهم.

تبدأ العملية بالتقاط إشارات الدماغ من خلال أجهزة معينة قد ترتدى خارج الجسم أو تزرع بداخله، و سنشرح هذا بالتفصيل لاحقاً بإذن الله. بعد التقاط الموجات الدماغية يقوم الحاسب بعدة عمليات لتحليلها ثم ترجمتها إلى أوامر تنفذ على أرض الواقع. 

حتى نفهم هذه التقنية، لابد لنا أولاً من الرجوع قليلًا إلى بداية التخطيط الدماغي الذي وفر لنا تصور الموجات الدماغية التي تفسر الكثير عن ما يجري داخلنا؛ كون الدماغ مرتبط بجميع النشاطات الجسمية. في عام ١٨٧٥م أقيمت أول عملية تسجيل نشاط دماغ حيواني. وبعد عدة تجارب واختبارات، تم تسجيل أول نشاط دماغي بشري باستخدام التخطيط الكهربائي الدماغي أو ما يسمى بـ EEG اختصارًا لـ Electroencephalography. 

ساهمت أداة التخطيط الكهربائي الدماغي في تطوير الأبحاث المتعلقة بالدماغ، فهي تصور الإشارات أو الموجات الدماغية على شكل بياني يمكن قراءته ثم تفسيره. فمثلًا تختلف الموجات الدماغية باختلاف حالة الانسان فعندما تكون نائم تظهر الموجات بشكل مختلف عما إن كنت مستيقظًا، وتختلف أيضاً إذا كنت في حالة تركيز عما إن كنت تبحر في فضاء أحلامك أو ما نسميه بأحلام اليقظة.

مثال لتخطيط كهربائي دماغي (المصدر)

عملية اتصال الدماغ بالحاسب

تبدأ عملية اتصال الدماغ بالحاسب بتسجيل الإشارات الدماغية وتحويلها إلى إشارات رقمية، ثم تحديد الأنماط أو الخواص في هذه الإشارات لترجمتها. بعد ترجمة الموجات الدماغية، يمكن للحاسب أن يحدد وينفذ الأمر المراد عمله، مثل: إقلاع الطائرة بلعبة حاسوبية أو تحريك الكرسي المتحرك للأمام قليلًا وغيرها من الأوامر.

مثال لكيفية التحكم بحركة الكرسي الكهربائي باستخدام تقنية واجهة الدماغ والحاسوب

 فئات تقنية واجهة الدماغ والحاسوب

أجهزة التقاط الإشارات الدماغية تختلف بحسب:

• مكان تثبيت الجهاز 

• نسبة الخطورة 

• والتكلفة

لذلك هناك ثلاثة فئات لالتقاط إشارات الدماغ: جراحية invasive، شبه جراحية semi-invasive، وغير جراحية (خارجية) non-invasive. في الفئتين الجراحية والشبه جراحية تستوجب تدخل جراحي لزرع شرائح داخل الدماغ أو الجمجمة مما يجعلهما شديدا الخطورة ناهيك عن التكلفة العالية. في حين الفئة الغير جراحية لا تستوجب أي تدخل جراحي، فقط يتم لبس الخوذة التي تحتوي على قنوات موزعة بطريقة مدروسة حتى تلتقط الإشارات. و تعتبر الطريقة الأخيرة هي الأسهل والأقل تكلفة والأكثر أماناً.

فئات تقنية واجهة الدماغ والحاسوب (المصدر)

استخدامات تقنية واجهة الدماغ والحاسوب

تختلف استخدامات التقنية بحسب اختلاف الفئة وقد تم تطبيقها في أكثر من مجال، فقد تم تطبيقها طبيًا لمساعدة مرضى الشلل الكامل في عملية التواصل، بينما وظف التعليم هذه التقنية لمراقبة مستوى انتباه الطلبة خلال الحصص الدراسية.

واستخدمت أيضًا في البيئات الذكية كالتحكم في حركة الطائرات بلا طيار (الدرون Drone). وفي مجال الترفية تم استخدام التقنية في الرسم الجرافيكي والألعاب الحاسوبية للاستغناء عن وحدات التحكم.

في حال كنت تقرأ عن هذه التقنية لأول مرة قد يتبادر في ذهنك حاليًا ما إذا كانت هذه التقنية تستطيع قراءة الأفكار؟

في الوقت الحالي وبناءً على بحثنا، لا تقرأ هذه التقنية أفكارك. لكنها تترجم بعض أحاسيسك، مثل الخوف، والتركيز، والحزن، والفرح، وغيرها من المشاعر التي تتأثر بها قراءات الموجات الدماغية.

لكن العلم في تطور متسارع، والقادم مليء بالمفاجآت!

وإلى هنا تكون وصلت لنهاية تدوينتنا الأولى، نتمنى أن تكون استمتعت بقراءتها.

شكرًا لك، ونقدر وقتك الثمين.

نلقاك في تدوينة جديدة إن شاء الله

المصادر:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1388245702000573

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK390346/

http://bbrc.in/bbrc/a-review-on-brain-computer-interface-bci-spellers-p300-speller/