ارتباط مغز با کامپیوتر (BCI) که با عنوان ارتباط مغز با ماشین (Brain Machine Interface – BMI) نیز شناخته می شود یک راه تعامل با محیط پیرامون بدون به کارگیری اندامها و عضلات است. برای این منظور، فرمان های صادر شده از مغز به صورت بدون واسطه به یک رایانه، ربات یا پروتز هوشمند انتقال داده می شود تا کاربر با کنترل آن با محیط خارج ارتباط برقرار کند. از چنین سیستمی می توان در راستای رفع محدودیت های حرکتی و ارتباطی در افراد معلول و بیماران نیازمند استفاده کرد.

همچنین از BCI می توان برای ارتقای عملکرد افراد استفاده کرد؛ مثلا می توان برای اخطار دادن به راننده خواب آلود و افزایش هشیاری او این تکنولوژی را به کار برد.

تکنیک های مختلفی برای اندازه گیری فعالیت مغز برای BCI ها استفاده می شود. بیشتر BCI ها از سیگنال های الکتریکی استفاده می کنند که با استفاده از روش های تهاجمی یا غیر تهاجمی دریافت می شوند. در روش های تهاجمی الکترودهایی در داخل مغز یا روی سطح قشر (از داخل) کار گذاشته می شوند اما در روش های غیرتهاجمی مانند الکتروانسفالوگرافی (EEG)) امواج الکتریکی توسط حسگرهای خاص از روی پوست سر دریافت می شوند یا در روش تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی (fMRI) فعالیت مغز بر اساس سوخت و ساز (متابولیسم) اندازه گیری می شود.

با انجام یک فعالیت ذهنی خاص (شامل تصور حرکت اعضای بدن، انجام محاسبات ریاضی، یادآوری خاطرات و غیره) و یا حرکت دادن یکی از اعضای بدن، تغییراتی در نوسانات طبیعی مغز رخ می دهد. هر تصور خاص و یا هر تحریک خارجی تغییراتی مختص به خود در امواج مغزی تولید می کند. امواج مغزی را از نظر فرکانس نوسانات (ویژگی های فرکانسی) و زمان وقوع تغییرات مختلف در نوسانات (ویژگی های زمانی) می توان بررسی نمود و با شناسایی تغییرات خاصی که در سیگنال های مغزی رخ داده، نوع تصور فرد یا عملی که فرد انجام می دهد را شناسایی کرد.

پیشنهاد میکنیم این مقاله را مطالعه کنید: رابط مغز-کامپیوتر (BCI) چیست؟

تاریخچه

اولین بار در سال ۱۹۲۴ برداشت سیگنال های مغزی توسط هانس برگر انجام شد. پس از آن تحقیقاتی به منظور شناسایی نوسانات سیگنال های مغز توسط خود او صورت گرفت که منجر به شناسایی امواج آلفا گردید. در سال ۱۹۷۴ گری والتر اولین نمونه دستگاه BCI را معرفی کرد که براساس تصور روشن و خاموش کردن یک سوییچ توسط فرد عمل می کرد.

تلاش برای کنترل محیط پیرامون با استفاده از سیگنال های مغزی با انجام آزمایشاتی روی حیوانات ادامه یافت. در سالهای ۱۹۷۹ و ۱۹۶۱ آزمایشات به منظور کنترل حرکت بازوی مکانیکی و حرکت مکان نمای موس روی صفحه مانیتور بر روی میمون ها انجام گرفت. همزمان با افزایش تحقیقات در این زمینه، در سال ۲۰۰۰ تعریف جامعی برای علم BCI توسط ولپا (Wolpaw) ارائه گشت: “BCI را می توان به عنوان سیستمی که فعالیت سیستم اعصاب مرکزی (CNS) را اندازه گیری می کند و آن را به خروجی مصنوعی تبدیل می کند که جایگزین خروجی طبیعی CNS است یا برای بازیابی افزایش، تکمیل یا بهبود آن به کار می رود، تعریف کرد که در نتیجه آن تعاملات جاری بین سیستم اعصاب مرکزی و محیط خارجی یا داخلی آن را تغییر می دهد.”

کاربردهای واسط مغز و رایانه (BCI)

از BCI ها می توان برای رفع محدودیت های حرکتی (مثلا در معلولیت ها یا بیماری هایی مانند ALS) و تکلمی، کنترل واقعیت مجازی، انتخاب گزینه های نمایش داده شده روی رایانه، حرکت اشیا مجازی و … استفاده کرد. همچنین از BCI می توان در مراقبت های بهداشتی، ارتباط و کنترل، سرگرمی و بازی و کنترل خانه هوشمند نیز بهره برد.