کاربرد دستگاه EEG فراوان و ارزشمند است، اما یکی از کاربردهای مهم و جذاب آن که به پیشرفت روز افزون تکنولوژی کمک فراوانی کرده و آینده را متحول خواهد کرد، کاربرد آن در تکنولوژی واسط مغز و رایانه یا BCI است.
برای آشنایی با دستگاه EEG یا الکتروانسفالوگرافی مقاله الکتروانسفالوگرافی یا نوار مغزی چیست؟ را بخوانید.
Wave یک دستگاه ثبت الکتروانسفالوگراف یا نوار مغز با تکنولوژی جدید میباشد که در مدلهای ۲۴، ۳۲، ۶۴ و ۱۲۸ عرضه میشود.
همچنین eWave قابلیت ثبت سایر سیگنال‌های زیستی چون EEG ، EMG، ECG و EOG را نیز دارد.
eWave همچنین یک سیستم ثبت ERP و LTM و BCI را نیز دارد
این شاخه از علم با عناوین زیادی مانند واسط مغز و رایانه (BCI or Brain Computer Interface)، رابط بین ذهن و دستگاه، رابط نورونی مستقیم و رابط تلپاتی شناخته میشود و برای بهبود شناخت انسان از محیط اطرافش و افزایش توانایی او در ارتباط با دستگاه‌های مختلف فعالیت دارد.
کاربرد دستگاه EEG در BCI
اما واسط مغز و رایانه یا BCI چیست؟ واسط مغز و کامپیوتر (BCI) که به واسط مغز و ماشین هم معروف است، دستگاهی است که رایانه بین مغز و مثلاً یک شیء دیگر به عنوان رابط عمل کرده و اطلاعات مغز را به کامپیوتر و سپس به یک وسیله‌ی خارجی منتقل می‌کند.
سامانه BCI از مجموعه‌ای از سنسورها و دستگاه پردازش سیگنال تشکیل میشود، که رابط مستقیم بین مغز و یک واسط بیرونی است، که فعالیت‌های مغزی فرد را مستقیماً به یک سری سیگنال‌های ارتباطی یا کنترلی تبدیل می‌کند.
در این سامانه بدون آنکه کاربر موس یا صفحه کلید یا اشیاء را لمس کند، تنها به کمک ذهن و کامپیوتر که حد واسط بین مغز و آن شیء است، می‌تواند اشیاء مجازی یا واقعی را کنترل کند یا حرکت دهد. این واسط‌ها انواع مختلف دارند و به طبع شیوه استفاده از آنها هم متفاوت است.
در این سامانه ابتدا باید فعالیت‌های الکتریکی و امواج مغزی را به وسیله‌ی دستگاه‌های ثبت امواج مغزی، ثبت کرد. برای این کار دستگاه‌های متفاوتی وجود دارد، که معمولا به دلیل دقت زمانی بالا و ارزان قیمت بودن و همچنین استفاده آسان، از الکتروانسفالوگرافی برای ثبت امواج مغزی استفاده میشود.
به همین علت کاربرد دستگاه EEG در BCI فراوان است و اکثراً از این دستگاه برای ثبت امواج مغزی استفاده می‌کنند. از دیدگاه حسگرهای زیستی موانع زیادی در دسترسی به فعالیت الکتریکی نورون‌های مغز وجود دارد، که در مورد EEG این موانع از همه کمتر است.
در این روش الکترودهای EEG روی سطح پوست سر قرار می‌گیرند و میدان الکتریکی تولید شده از فعالیت نورون‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند. در مرحله بعد این امواج بررسی شده و ویژگی‌های مورد نظر استخراج میشود و از روی این ویژگی‌ها می‌توان حدس زد که کاربر چه فعالیتی را در نظر دارد.
هر چند که هنوز سرعت و دقت این سیستم‌ها به حد قابل قبولی نرسیده و تجهیزات مرتبط با واسط‌های مغز و کامپیوتر (BCI) نیاز به فکر و تحقیق بیشتر و دقیق‌تر دارند.
اما از آن جایی که آینده علوم مختلف به سمتی حرکت می‌کند که نیاز به استفاده از کاربردهای مختلف این حوزه را دارند و این سیستم‌ها روش نوینی برای برقراری ارتباط، مخصوصاً برای افرادی که دارای معلولیت جسمی هستند را فراهم می‌کند، گروه‌های پژوهشی زیادی روی این پروژه‌ها کار می‌کنند، تا بتوان به سامانه‌هایی با سرعت و دقت بالا دست پیدا کرد.
همچنین می‌توان گفت، ثبت سیگنال با استفاده از دستگاه الکتروانسفالوگرافی بر روی یک شیوه غیر تهاجمی تمرکز دارد. این شیوه کاملاً متفاوت از سایر شیوه‌های ثبت سیگنال است، که نیاز به کاشت تراشه و یا الکترود درون مغز انسان دارد.
چنین روش‌هایی تهاجمی بوده و نیاز به تجهیزات و فضای آزمایشگاهی فراوان برای کنترل سلامت بافت زنده مغز، که دستگاه در آن جاسازی شده را دارد.
همچنین نکته‌ای که باید به آن توجه شود این است که، واسط مغز و کامپیوتر (BCI) به طور دقیق نمی‌تواند ذهن شما را بخواند. بلکه می‌تواند کوچک‌ترین تغییر در سیگنال‌ها و امواج مغزی را شناسایی کند و به شکل الگوهایی از شیوه تفکر و یا احساسات در بیاورد.
تکنولوژی BCI به طور مستقیم به عملکردهای شناختی انسان ربط پیدا می‌کند. این شاخه از علم نوین و رو به پیشرفت که از سال ۱۹۲۴ تا کنون در حال رشد و توسعه است، تلفیقی از علوم مختلف مانند مهندسی الکترونیک، مهندسی کامپیوتر، مهندسی پزشکی، و علوم اعصاب و روانشناسی میباشد.
ظهور BCI با اختراع دستگاه الکتروانسفالوگرافی
کاربرد دستگاه EEG در سیستم واسط مغز و کامپیوتر به حدی است، که به راحتی می‌توان گفت اختراع این دستگاه باعث به وجود آمدن این حوزه شده است. شروع تاریخچه BCI در ابتدا به فردی به نام هانس برگر (Hans Berger) و اختراع دستگاه نوار مغزی (الکتروانسفالوگرافی) او برمی‌گردد.
در اصل ماهیت الکتریکی بودن سیگنال‌های مغزی اولین بار توسط هانس برگر کشف شد. جالب است بدانید او اولین سیگنال‌های EEG را از روی مغز پسرش ثبت کرد. همچنین موج آلفا (در فرکانس ۸ تا ۱۳ هرتز) که یکی از سیگنال‌های مغزی بود را او کشف کرد.
دستگاه الکتروانسفالوگرافی یا EEG در حقیقت ثبت فعالیت‌های الکتریکی مغز است و EEG حاصل فعالیت‌های الکتریکی پیرامیدال یا سلول‌های هرمی شکل سطح قشر مخ است.
ابداع خارق‌العاده هانس برگر در زمینه شناخت مغز و کشف فعالیت‌های الکتریکی مغز نقطه عطفی در اکتشافات بعدی دانشمندان سراسر دنیا در حوزه واسط مغز و کامپیوتر (BCI) بود.
هانس برگر با بهبود کیفیت دستگاه EEG توانست رویای تقریباً محال انسان را که همان رویای جابجا کردن اشیا توسط ذهن و خواندن الگوهای مغز بشر بود به واقعیت نزدیک کند.
سال‌های بعد با اختراع کامپیوتر و آمدن تکنولوژی‌ها جدیدتر، بشر به این فکر افتاد که بتواند از طریق مغز اشیاء و سایر چیزها را کنترل کند و حد واسط این رابط بین مغز و آن شیء یا سوژه بیرونی کامپیوتر باشد.
در سال ۱۹۷۰ بود که برای اولین بار تحقیقات روی BCI در دانشگاه کالیفرنیا با قراردادی که با دارپا بسته شد، آغاز شد. مقالاتی که در آن زمان داده شد، جزء اولین‌ها در این زمینه بودند.
اولین تحقیقات جدی این دانشگاه بر روی پروتزهای نورونی بود، که در زمینه بهبود عصب‌های دفاعی عنبیه آسیب دیده چشم، شنوایی و ناتوانی‌های حرکتی کاربرد داشت. در اواسط دهه ۱۹۹۹ دانشگاه کالیفرنیا اولین ابزار عصب دفاعی را در دنیا رونمایی کرد.
در صورتی که سیستم عصبی عضلانی، که مغز از طریق آن قادر به ایجاد ارتباط و اعمال کنترل به محیط خارج است صدمه ببیند. فرد ممکن است حرکات ارادی خود را از دست بدهد، حتی ممکن است حرکات چشم و تنفس که اعمالی غیرارادی هستند را نیز از دست بدهند.
یکی از روش‌هایی که برای بازآفرینی عملکرد طبیعی بیماران وجود دارد، فراهم آوردن مسیر ارتباطی جدید و غیر ماهیچه‌ای برای مغز است. که با کمک آن بتوان مستقیماً پیام‌ها و دستورالعمل‌های کنترلی را به محیط خارج ارسال کرد، که به آن رابط مغز و رایانه یا BCI می‌گویند.
در این روش نیاز به حرکتی آشکار در بدن به منظور انتقال اطلاعات نیست و فرد فقط با تمرکز بر روی افکار و تولید امواج مغزی مناسب منظور خود را بیان می‌کند. با توجه به ناتوانی بعضی بیماران در تحرک، اهمیت این موضوع بیشتر نمایان میشود.
کاربرد دستگاه EEG و تحول زندگی بیماران
در اولین همایش بین‌المللی که در ژوئن ۱۹۹۹ برگزار شد، برای BCI تعریفی به صورت زیر ارائه شد: «یک واسط مغز و رایانه، یک سامانه ارتباطی است که وابسته به مسیرهای خروجی نرمال سامانه عصبی جانبی و ماهیچه‌ها نیست.»
این سیستم BCI از چهار قسمت اصلی تشکیل شده است، که شامل جمع‌آوری سیگنال‌ها، پردازش سیگنال‌ها، استخراج الگوها و نهایتاً طبقه‌بندی آنها است.
جمع‌آوری سیگنال‌ها که یکی از اساسی‌ترین بخش‌های BCI محسوب میشود، توسط دستگاه EEG انجام میشود و وظیفه ثبت سیگنال و ارسال آنها به بخش پردازش را بر عهده دارد.
در بخش پردازش سیگنال‌ها تقویت شده و نویزهای آنها گرفته میشود. در بخش استخراج الگوها، نیز ویژگی‌های متمایز کننده هر سیگنال به منظور تقویت دوباره آن و کاهش سایز دیتای جمع‌آوری شده تشخیص داده میشود. در نهایت این ویژگی‌ها به دستورهای قابل فهم ترجمه می‌شوند و دستگاه می‌تواند آنها را اجرا کند.
از طریق BCI که سیگنال‌های زیستی مغز را دریافت می‌کند، می‌توان ربات‌ها، بازی‌ها، انیمیشن‌ها و یا سایر برنامه‌ها و اشیاء را با کمک ذهن کنترل و حرکات آنها را هدایت کرد.
چنین سیستمی می‌تواند به افراد معلول کمک کند، که با محیط اطراف خویش ارتباط برقرار نماید. به عنوان مثال، فرد به راحتی می‌تواند صندلی چرخدار خود را کنترل کند. یا عضو مصنوعی خود را مانند دست یا پا با ذهن حرکت دهد.
تفکیک درست و نسبتاً سریع عملیات ذهنی می‌تواند پایه‌ای برای توسعه و طراحی سیستم‌های BCI باشد. با وجود این که دقت مکانی کاربرد دستگاه EEG پایین است، اما دقت زمانی آن بالاست و کمتر از چند میلی‌ثانیه میباشد. که البته امروزه محققان در تلاشند دقت مکانی آن را نیز بالا ببرند.
همچنین این روش به علت ارزان‌تر بودن نسبت به سایر روش‌ها و استفاده آسان از آن نیز اکثر اوقات در BCIها از آن برای ثبت فعالیت‌های مغز استفاده می‌کنند و کاربرد دستگاه EEG در این زمینه فراوان است.
تا به امروز تحقیقات زیادی روی میمون‌ها، خفاش و گربه انجام شده که حرکت دست رباتی توسط یک میمون و حرکت نشان‌گر موس از طریق خواندن امواج مغزی میمون و دادن فیدبک از طریق بینایی به حیوان، نمونه‌ای از آنها است.
یک استارت‌اپ در سال ۲۰۱۵ از این شیوه و از فناوری واسط‌های مغز و کامپیوتر و دستگاه EEG، برای حرکت دادن اسباب بازی‌ها و یا حتی ماشین‌ها استفاده کرد.
از دیگر کاربرد دستگاه EEG در BCI روش درمانی نوروفیدبک است. نوروفیدبک نیز در واقع نوعی BCI پر کاربرد در حوزه پزشکی محسوب می شود، که با دستگاه الکتروانسفالوگرافی ربات‌ها، بازی‌ها و انیمیشن‌ها را با کمک ذهن کنترل می‌کنند.
امروزه، سیستم‌های BCI یک روش ارتباطی بدون دخالت ماهیچه را در اختیار بشر قرار می‌دهد، تا بتوانند مستقیماً با محیط پیرامون خود ارتباط برقرار کنند.