طبق جدیدترین یافته‌ها، مغز پیچیده ترین جسم جهان است!

در اواسط سال 2023، مطالعه‌ای که توسط آزمایشگاه هوت در دانشگاه تگزاس انجام شد، موجی از شوک را در قلمرو علوم اعصاب و فناوری ایجاد کرد. برای اولین بار، افکار و برداشت‌های افرادی که قادر به برقراری ارتباط با دنیای خارج نبودند، با استفاده از ترکیبی از هوش مصنوعی (AI) و فناوری تصویربرداری مغز، به زبان طبیعی پیوسته ترجمه شد.

به گزارش گجت نیوز، این نزدیک‌ترین علمی است که تاکنون به خواندن ذهن یک شخص رسیده است. در حالی که پیشرفت‌های تصویربرداری عصبی در دو دهه گذشته، بیماران غیرپاسخگو و با حداقل هوشیاری را قادر ساخته است تا با مغز خود کنترل یک نشانگر ماوس رایانه را به دست بگیرند، تحقیقات آزمایشگاه هوت گام مهمی به‌سمت دسترسی به افکار واقعی افراد است. آلکساندر هوت، دانشمند علوم اعصاب که رهبری مشترک این تحقیق را نیز برعهده دارد، به نیویورک تایمز گفته است:

این فقط یک محرک زبانی نیست. ما در حال رسیدن به معنا هستیم؛ چیزی در مورد آنچه در حال رخ دادن است. و این واقعیت که چنین چیزی امکان‌پذیر است، بسیار شگفت‌انگیز خواهد بود.

تیم محققان این پروژه با ترکیبی از هوش مصنوعی و فناوری اسکن مغزی توانسته‌اند یک رمزگشایی غیرتهاجمی در مغز به‌وجود بیاورند که قادر به بازسازی زبان طبیعی پیوسته در میان افرادی است که قادر به برقراری ارتباط با دنیای خارج نیستند.

توسعه این فناوری و به موازات آن توسعه پروتزهای حرکتی کنترل شده توسط مغز (که بیماران فلج را قادر به حرکت مجدد می‌سازد)، چشم انداز فوق‌العاده‌ای را برای افراد مبتلا به بیماری‌های عصبی نظیر فلج چهار اندام، ترسیم می‌کند.

در اثرات بلندمدت، این امر می‌توان منجر به کاربردهای گسترده‌تری برای عموم مردم باشد. به‌طور مثال می‌تواند در دستگاه‌های نظارت بر سلامت مغز و تلفن‌های هوشمندی که توسط مغز کنترل می‌شوند، مورد استفاده قرار بگیرد. ایلان ماسک 29 ژانویه امسال اعلام کرد که نورالینک، شرکت نوپای آن برای نخستین بار موفق به کاشت یک تراشه در مغز انسان شده است.

ماسک همچنین به طرفداران خود گفته بود که نخستین محصول نورالینک، تله پاتی را امکان‌پذیر می‌کند و به مردم اجازه خواهد داد تا روزی بتوانند «فقط با فکر کردن» تلفن هوشمند یا کامپیوتر خود را کنترل کنند.

اما در کنار چنین پیشرفت‌های فناورانه، نگرانی‌های اخلاقی و قانونی عمده‌ای به وجود می‌آید. این تنها مسئله حریم خصوصی نیست، بلکه هویت واقعی افراد نیز ممکن است در معرض خطر باشد. همانطور که وارد این عصر جدید «فناوری خواندن ذهن» می‌شویم، باید به این موضوع فکر کنیم که چگونه باید از چربیدن پتانسیل آسیب‌رسانی این فناوری بر توانایی کمک به مردم جلوگیری کنیم.

بزرگ‌ترین چالش بشر در نقشه‌برداری از مغز

مغز پیچیده ترین جسم در کل جهان هستی است. این اندام بیش از 89 میلیارد سلول عصبی (نورون) دارد که هرکدام به حدود 7000 نورون دیگر متصل هستند و این نورون‌ها هر ثانیه بین ده تا 100 سیگنال ارسال می‌کنند. توسعه هوش مصنوعی بر اساس مغز و مفهوم همکاری نورون‌ها با هم شکل گرفته است. اکنون نحوه کار هوش مصنوعی با یادگیری عمیق، به ما کمک می‌کند تا عملکرد مغز را بسیار شفاف‌تر درک کنیم.

با نقشه‌برداری کامل از ساختار و عملکرد یک مغز انسان سالم، می‌توانیم با دقت بسیار بالایی تشخیص دهیم که در بیماری‌های مغزی و روانی چه اختلالاتی رخ می‌دهد. در سال 2009، پروژه نقشه‌برداری اتصالات مغز انسان، توسط مؤسسه ملی بهداشت ایالات متحده با هدف ایجاد نقشه‌ای از ساختار و عملکرد یک مغز انسان سالم راه‌اندازی شد. ابتکارات مشابهی نیز در سال 2013 در اروپا (پروژه مغز انسان) و در سال 2016 در چین (پروژه مغز چین) آغاز شد.

این تلاش طاقت‌فرسا ممکن است نسل‌ها به طول انجامد، اما جاه‌طلبی علمی برای نقشه‌برداری و خواندن مغز انسان به بیش از دو قرن پیش باز می‌گردد. با دور زدن کره زمین بارها و بارها، کشف قطب جنوب و نقشه‌برداری بخش زیادی از کره زمین، بشر آماده یک چالش نقشه‌برداری جدید (و حتی پیچیده‌تر) شد: مغز انسان.

این تلاش‌ها از اواخر قرن هجدهم با توسعه یک چارچوب نظام‌مند برای دانشمندان برای پرسیدن چگونگی تولید تجربیات روان‌شناختی – افکار، احساسات و رفتار ما – توسط مغز و نواحی آن آغاز شد. یکی از اولین تلاش‌ها فرنولوژی بود که توسط پزشک و کالبدشناس اتریشی، فرانتس یوزف گال، پایه‌گذاری شد.

در حالی که این علم اکنون منسوخ‌شده، شاید امروزه بیشتر به خاطر نیم‌تنه‌های تزیینی فروخته‌شده در بازارهای سمساری شناخته شود، اما در اوایل قرن نوزدهم با استقبال زیادی روبرو شد. گال و دستیارش، یوهان اسپور زیم، پیشنهاد کردند که مغز بر اساس 35 عملکرد روان‌شناختی سازماندهی شده است که هر کدام به یک ناحیه‌ی زیربنایی متفاوت مرتبط است.

فرنولوژی: جمجمه‌شناسی منسوخ‌شده

فرنولوژی شبیه به این است که فکر کنید با بلند کردن دمبل می‌توانید عضله دوسر بازوی بزرگتری داشته باشید. طرفداران این علم معتقد بودند هرچه از یک کارکرد روان‌شناختی خاص بیشتر استفاده کنید، ناحیه‌ای از مغز که مسئول آن کارکرد است، بزرگ‌تر می‌شود – و این منجر به ایجاد برجستگی متناظر روی جمجمه‌تان می‌گردد.

گال و اسپور زیم بر این باور بودند که برخی از این کارکردها (از جمله حافظه، عشق به فرزندان و غریزه کشتن) با حیوانات مشترک است، در حالی که برخی دیگر (مانند شوخ‌طبعی، توانایی شاعری و اخلاق) مختص انسان هستند.

فرنولوژی در سراسر امپراتوری بریتانیا و بعداً در ایالات متحده برای توجیه نظام طبقاتی، استعمار، برده‌داری و برتری نژاد سفید استفاده می‌شد. ملکه ویکتوریا از این روش برای خواندن ویژگی‌های فرزندانش استفاده کرد، اما ناپلئون بناپارت طرفدار آن نبود.

هنگامی که گال در سال 1807 برای پیشبرد تئوری‌های فرنولوژی خود به پاریس نقل مکان کرد، امپراتور فرانسه اعلام کرد: «این داستانی مبتکرانه است که ممکن است عوام را فریب دهد، اما نمی‌تواند در برابر بررسی دقیق متخصصان کالبدشناسی ایستادگی کند».

در دهه 1860، دیدگاه‌های مکان‌یابی در مورد چگونگی عملکرد مغز دوباره مطرح شد – هرچند دانشمندان پیشرو در این تحقیقات تمایل داشتند تا تئوری‌های خود را از فرنولوژی جدا کنند. پل بروکا، کالبدشناس فرانسوی، ناحیه‌ای در نیم‌کره چپ را کشف کرد که مسئول تولید گفتار است – این کشف تا حدودی به لطف بیمار او، لویی ویکتور لِبورگن، انجام شد که در سن 30 سالگی توانایی گفتن هر چیزی به جز سیلاب تان را از دست داده بود.

امروزه، بیمار تان یکی از مشهورترین موارد مطالعه موردی در روانشناسی باقی مانده است، و ناحیه بروکا در قشر پیشانی، یکی از مهم‌ترین مناطق زبان در مغز است که نقش اساسی در تبدیل افکار ما به کلمات دارد.

به طور مشابه، نقشه 52 ناحیه مجزا از قشر مخ که توسط کُربینیان بردمان، عصب‌شناس آلمانی، در سال 1909 منتشر شد، هنوز هم یک ابزار مهم در عصب‌شناسی معاصر است – و عصب‌شناسان امروزی همچنان برخی از همان سوالاتی را می‌پرسند که پیشگامان این علم پرسیدند: آیا افکار، احساسات و رفتار ما حاصل عملکرد جمعی مغز است، یا مناطق خاصی از مغز مسئول آن‌ها هستند؟

در مطالعات عصب‌شناسی مدرن، ابزارهای اسکن پیشرفته مانند تِمِث‌گرافی گسیل پوزیترون (PET) و تصویربرداری رزونانس مغناطیسی کاربردی (fMRI) به محققان امکان می‌دهند تا با اندازه‌گیری تغییرات در جریان خون محلی که به تغییرات در فعالیت عصبی محلی مرتبط است، مغز را نقشه‌برداری کنند.

این رویکرد به یافته‌های جان فولتون، فیزیولوژیست آمریکایی، که تقریباً یک قرن پیش به دست آمده، وابسته است. فولتون در حال درمان والتر کی، ملوان 26 ساله‌ای بود که از سردرد و مشکلات بینایی رنج می‌برد.

هنگامی که بیمار پس از خروج از اتاق تاریک از چشمانش استفاده می‌کرد، صدایی در پشت سر خود، روی قشر بینایی احساس می‌کرد. این ضربان قوی‌تر فعالیت با سایر ورودی‌های حسی، مانند بوییدن تنباکو یا وانیل، تکرار نمی‌شد.

در طول باقیمانده قرن بیستم، اولین مشاهده ارتباط بین جریان خون مغزی محلی و عملکرد مغز توسط عصب‌شناسانی از جمله سیمور کتی آمریکایی و همکاران سوئدی او، دیوید اینگوار و نیلز لاسن، مورد بررسی قرار گرفت.

کار پیشگامانه آنها زمینه‌ساز نقشه‌برداری مدرن مغز شد که توسط کارهای پیشگامانه BrainGate – یک واحد تحقیقاتی چند رشته‌ای که منشأ آن در بخش عصب‌شناسی دانشگاه براون در ایالت رود آیلند ایالات متحده است – رهبری می‌شد.

نخستین کارآزمایی بالینی

رابط‌های مغز-کامپیوتر نمونه اولیه (BCI) فعالیت مغز بیمار را ثبت و رمزگشایی می‌کنند و آن را به اقداماتی ترجمه می‌کنند که می‌تواند توسط یک نشانگر عصبی، اندام مصنوعی یا اسکلت بیرونیِ مجهز به نیروی محرکه انجام شود.

هدف نهایی، دستیابی به ابزارهای بی‌سیم و غیرتهاجمی است که به بیماران برای برقراری ارتباط و حرکت دقیق در دنیای واقعی کمک کند. هوش مصنوعی برای رسیدن به این هدف حیاتی است و همین حالا برای کمک به سیستم‌های BCI در ایجاد حرکات حرکتی سریع و با کنترل دقیق به کار گرفته می‌شود.

در سال 2004، BrainGate اولین کارآزمایی بالینی را با استفاده از BCI برای توانمندسازی بیماران با سیستم‌های حرکتی مختل (از جمله آسیب‌های نخاعی، سکته‌های ساقه مغز، سندرم locked-in و دیستروفی عضلانی) برای کنترل نشانگر رایانه با افکارشان آغاز کرد.

بیمار MN، فردی که از ناحیه گردن چاقو خورده بود و از سال 2001 فلج کامل اندام‌هایش شده بود، اولین بیمار این کارآزمایی بود. پس از کاشت الکترودها توسط تیم دکتر لی هوچبرگ، متخصص اعصاب، بر روی ناحیه دست و بازوی قشر حرکتی اولیه بیمار، گزارش شد که بیمار MN توانست ایمیل‌ها را باز کند، با استفاده از برنامه‌ی نقاشی شکل بکشد و با استفاده از نشانگر، تلویزیون را کنترل کند.

علاوه بر این، فعالیت مغز به دست مصنوعی و بازوی رباتیک بیمار متصل شد و امکان انجام اعمال ابتدایی مانند گرفتن و حمل یک شی را فراهم کرد. نکته‌ی قابل توجه این است که این کارها در حالی انجام می‌شد که بیمار مشغول صحبت بود، که نشان می‌دهد حتی نیازی به تمرکز کامل بیمار هم نداشتند.

پس از آن، بیماران فلج اندام‌های دیگر نیز از رابط‌های BCI متصل به بازوهای رباتیک چند مفصلی برای برداشتن و نوشیدن از فنجان استفاده کردند. در سال 2015، بیماری با سندرم locked-in پس از پنج سال از کاشت دستگاه، توانست از صفحه‌کلید مبتنی بر اشاره و کلیک استفاده کند.

پیشرفت الگوریتم‌های رمزگشایی باعث بهبود کنترل نشانگر شد، به گونه‌ای که بیماران از تایپ 24 کاراکتر در دقیقه در سال 2015 به 39 کاراکتر در دقیقه در دو سال بعد رسیدند.

همچنین در سال 2017، کارآزمایی‌های بالینی BrainGate اولین شواهدی را ارائه داد که نشان می‌داد BCI می‌تواند به بیماران در بازگرداندن حرکت اندام‌های خود با دور زدن قسمت آسیب‌دیده نخاع کمک کند. یک بیمار مبتلا به آسیب نخاعی گردنی بالا توانست هشت سال پس از مصدومیت به فنجان برسد و آن را بگیرد.

سپس در سال 2021، تیم Braingate گزارش دادند که بیماران فلج اندام‌های دیگر اکنون از یک سیستم بی‌سیم در خانه‌های خود برای کنترل تبلت استفاده می‌کنند – قدم مهمی به سوی آینده‌ای که در آن دستگاه‌های BCI می‌توانند به افراد برای حرکت و برقراری ارتباط خارج از محدودیت‌های بیمارستان یا آزمایشگاه کمک کنند.

علاوه بر این، محققان پیش‌بینی کرده‌اند که در تلاش برای در دسترس قرار دادن چنین دستگاه‌هایی برای عموم مردم، شاهد «پیشرفت‌های قابل توجه و تغییر الگو در پردازش سیگنال‌های عصبی، الگوریتم‌های رمزگشایی و چارچوب‌های کنترل» خواهیم بود.

فراتر از موفقیت‌های Braingate، تیم دیگری به رهبری جراح مغز و اعصاب آمریکایی، ادوارد چانگ، به تازگی از استفاده از الکترودهای کاشته‌شده جراحی الکتروکورتیکوگرافی برای ایجاد یک «آواتار دیجیتال» که می‌تواند پیام بیمار فلج را منتقل کند، خبر داده است.

با کمک هوش مصنوعی، BCI حرکات عضلانی مرتبط با گفتاری را رمزگشایی کرد که بیماران در ذهن خود داشتند (به جای رمزگشایی محتوای معنایی واقعی).

الگوهای فعالیت ناشی از ناحیه خاص مغز که برای گفتار حیاتی است، تمرکز اصلی این نوع BCI است. یکی از متخصصانی که در این تحقیق مشارکت نداشته به گاردین گفت: «این یک جهش قابل توجه نسبت به نتایج قبلی است. ما در یک نقطه عطف قرار داریم».

عصر جدیدی از فناوری خواندن ذهن

فعالیت مغز مدت‌هاست که توسط روش‌های تصویربرداری غیرتهاجمی مانند fMRI و الکتروانسفالوگرافی (EEG) ثبت می‌شود. اما این فعالیت که در وهله‌ی اول به عنوان ابزاری برای تشخیص و پایش در نظر گرفته می‌شد، اکنون به عنصری کلیدی در جدیدترین ابزارهای ارتباط عصبی و پروتز تبدیل شده است.

یک نقطه عطف در سال 2012 رقم خورد، زمانی که تیمی به رهبری متخصص مغز و اعصاب کانادایی، آدریان اوون، برای برقراری ارتباط با افرادی که از اختلالات هوشیاری رنج می‌بردند، از تصویربرداری عصبی استفاده کرد. این بیماران علی‌رغم عدم واکنش رفتاری و سطح پایین هوشیاری، تنها با استفاده از ذهن خود قادر به پاسخ دادن به سوالات «بله» یا «خیر» شدند.

برای بیمارانی که قادر به برقراری ارتباط از طریق حرکات صورت یا چشم (روشی که سال‌ها برای بیماران “locked-in” در دسترس بود) نبودند، این پیشرفتی بسیار امیدوارکننده به شمار می‌رفت.

اکنون، یک دهه بعد، تحقیقات آزمایشگاه هوش (HuthLab) در دانشگاه تگزاس نشان‌دهنده‌ی یک تغییر الگویی در تکامل سیستم‌های تصویربرداری عصبی تسهیل‌کننده‌ی ارتباط است.

در مرحله‌ی اول این مطالعه، شرکت‌کنندگان در اسکنر fMRI قرار گرفتند و فعالیت مغز آن‌ها در حالی که به 16 ساعت پادکست گوش می‌دادند، ثبت شد (مجموعه داده‌ی آموزش مدل شامل 82 داستان 5 تا 15 دقیقه‌ای از برنامه‌های رادیویی Moth Radio Hour و Modern Love بود).

سپس این داده‌های فعالیت مغز به بخش‌های صوتی که شرکت‌کنندگان گوش می‌دادند، مرتبط شد تا الگوهای فعالیت مغزی آن‌ها را هنگام داشتن محتوای معنایی خاص در ذهن ترسیم کند.

در مرحله بعد، همین شرکت‌کنندگان در معرض قطعات صوتی جدیدی قرار گرفتند که هرگز نشنیده بودند، یا از آن‌ها خواسته شد داستانی را تصور کنند. سپس کدگشا بر روی این مجموعه‌ی جدید از داده‌های فعالیت مغز اعمال شد تا داستان‌هایی را که شرکت‌کنندگان به آن‌ها گوش می‌دادند یا تصور می‌کردند، بازسازی کند – که نتایج قابل توجهی به همراه داشت. برای مثال، زمانی که صدای زیر برای یک بیمار پخش شد:

هنوز گواهینامه رانندگی ندارم و درست زمانی که نیاز داشتم بیرون پریدم، و او گفت: خب، چرا به خانه‌ی من بر نمی‌گردی تا تو را برسانم؟ من گفتم باشه.

کدگشا آن را به شرح زیر بازسازی کرد:

او آماده نیست – او حتی شروع به یادگیری رانندگی نکرده است، با این حال مجبور شدم او را از ماشین بیرون بیاورم. گفتم: حالا او را به خانه می بریم و او موافقت کرد.

رابط مغز و کامپیوتر: از درمان تا خواندن ذهن

شرکت‌های مطرحی مانند Neuralink متعلق به ایلان ماسک در حال توسعه رابط‌های مغزوکامپیوتر هستند. این رابط‌ها در ابتدا برای کمک به بیماران مبتلا به بیماری‌های عصبی ساخته می‌شوند اما هدف نهایی آنطور که ماسک می‌گوید کنترل گوشی و رایانه تنها با فکر کردن است.

دستگاه‌های تصویربرداری مغزی تجارتی هم به بازار عرضه شده‌اند. برای مثال هدست Kernel Flow با استفاده از فناوری fNRIS فعالیت مغز را کنترل می‌کند. شرکت Emotiv نیز هدفون‌هایی با فناوری EEG ساخته که سطح تمرکز، توجه و استرس را اندازه‌گیری می‌کند تا بهره‌وری کاری را بالا ببرد.

پژوهش‌های اخیر دانشمندان و ادعاهای افرادی مثل ماسک نشان می‌دهد عصر تازه‌ای از رابط‌های مغز و کامپیوتر در حال آغاز است. این فناوری با تمام توانایی‌های بالقوه برای کمک به نسل‌های آینده، خطرات جدی هم به همراه دارد و باید با احتیاط و احترام فراوان با آن برخورد کرد.