همه چیز درباره فناوری‌های ذهن خوانی

به گزارش گروه دانش و فناوری،

در آزمایشگاهی در سانفرانسیسکو، کالیفرنیا، زنی به نام آنه در مقابل یک صفحه نمایش بزرگ نشسته است. روی صفحه نمایش آواتاری قرار دارد که به او شباهت دارد. به لطف رابط مغز و رایانه(BCI)، هنگامی که آنه به صحبت کردن فکر می‌کند، آواتار به جای او صحبت می‌کند و البته با صدای خود او حرف می‌زند.

به نقل از نیچر، در سال ۲۰۰۵، یک سکته مغزی باعث شد که آنه تقریبا به طور کامل فلج شود و قادر به صحبت کردن نباشد. سال ۲۰۲۲، ادوارد چانگ(Edward Chang) جراح مغز و اعصاب در دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو، شبکه‌ای از بیش از ۲۵۰ الکترود را بر روی سطح مغز آنه، بالای مناطقی که زمانی بدن، صورت و حنجره او را کنترل می‌کردند، قرار داد. همانطور که آنه در حال تصور کلمات خاصی بود، محققان فعالیت عصبی او را ثبت کردند. سپس، با استفاده از یادگیری ماشینی، الگوهای فعالیت مربوط به هر کلمه و حرکات صورت را که آنه اگر می‌توانست حرف بزند برای تلفظ از آنها استفاده می‌کرد، تعیین کردند.

این سیستم می‌تواند گفتار را با سرعت ۷۸ کلمه در دقیقه به متن تبدیل کند که پیشرفت بزرگی نسبت به تلاش‌های قبلی رابط‌های مغز و رایانه است. اکنون نزدیک شدن به ۱۵۰ کلمه در دقیقه که برای گفتار معمولی متوسط در نظر گرفته می‌شود در مقایسه با دو سال پیش تفاوت زیادی ایجاد کرده است. چانگ در این مورد می‌گوید: مانند تفاوت بین شب و روز است.

محققان آواتار را طوری برنامه‌ریزی کردند که با صدای آنه صحبت کند و خروجی را بر اساس صدای ضبط شده‌ای از سخنرانی او در مراسم عروسی‌اش برنامه‌ریزی کردند. چانگ می‌گوید: این برای آنه موقعیتی بسیار احساسی بود، زیرا این اولین باری بود که او واقعا احساس می‌کرد پس از تقریبا ۲۰ سال دارد صحبت می‌کند.

این پروژه یکی از چندین مطالعه در سال ۲۰۲۳ بود که توجه‌ها را به سوی رابط‌های مغز و رایانه قابل کاشت برانگیخت.

مطالعه دیگری نیز فعالیت عصبی را با سرعتی بی‌سابقه به متن ترجمه کرد. در ماه مه، دانشمندان گزارش دادند که یک پل دیجیتالی بین مغز و نخاع مردی که در یک تصادف دوچرخه سواری فلج شده بود ایجاد کرده‌اند. یک رابط مغز و رایانه تصمیم او را برای حرکت رمزگشایی کرد و یک ایمپلنت ستون فقرات را برای تحریک اعصاب پاهایش هدایت کرد و به او امکان راه رفتن داد.

چانگ می‌گوید: من فکر می‌کنم که ما طی پنج سال آینده از یک آستانه بسیار مهم عبور خواهیم کرد و به درمان‌های جدید خواهیم رسید.

شرکت‌های فعال در این زمینه نیز در حال پیشرفت هستند. در ماه سپتامبر، شرکت فناوری عصبی نورالینک(Neuralink) که توسط کارآفرین ایلان ماسک تأسیس شده است، از افراد مبتلا به فلج دعوت کرد تا داوطلب شوند و اولین دریافت‌کنندگان رابط مغز و رایانه قابل کاشت آن باشند.

با این وجود، تلاش برای تجاری‌سازی رابط‌های مغز و رایانه هنوز در مراحل اولیه است. تاکنون، سیستم‌هایی برای افراد مختلف طراحی شده‌اند، اما تجاری‌سازی این فناوری به رابط‌های قوی، قابل اعتماد و ایمن نیاز دارد که بتوان آنها را افزایش داد. تام آکسلی(Tom Oxley)، مدیر اجرایی سینکرون(Synchron) که یک شرکت رابط مغز و رایانه در بروکلین، نیویورک است می‌گوید: شما نمی‌توانید در خانه هر بیمار دارای رابط مغز و رایانه یک دکترای مهندسی داشته باشید.

در کنار پیشرفت‌ها در ساخت دستگاه‌های کاشتنی، یک اکوسیستم تجاری موازی از دستگاه‌های پوشیدنی مغزخوان در حال رشد است. این دستگاه‌ها فعالیت مغزی کاربران را با وضوح بسیار پایین‌تری نسبت به دستگاه‌های کاشته‌شده اندازه‌گیری می‌کنند تا به طور بالقوه سلامت روان، بهره‌وری یا خواب را افزایش داده یا نحوه تعامل افراد با رایانه را تغییر دهند.

این پیشرفت‌ها در کنار هم، تلاش‌ها برای هدایت و تنظیم فناوری عصبی را تسریع می‌کنند.

رمزگشایی مغز

همه فناوری‌های خوانش مغز، چه ایمپلنت یا هدست، بر اساس اصول اولیه یکسانی عمل می‌کنند. آنها فعالیت عصبی که معمولا فعالیت الکتریکی مرتبط با عملکردی مانند گفتار یا توجه است را ثبت می‌کنند، معنای آن فعالیت را تفسیر می‌کنند و از آن برای کنترل یک دستگاه خارجی استفاده می‌کنند یا به سادگی آن را به عنوان اطلاعات در اختیار کاربر قرار می‌دهند.

رابط‌های مغز و رایانه کاشته شده سیگنال‌های مغزی بیشتری را نسبت به رابط‌های خارجی ضبط می‌کنند. اما این دستگاه‌های آزمایشی فقط برای استفاده افرادی در نظر گرفته شده‌اند که مزایای بالینی بالقوه در آنها بیشتر از خطرات آسیب مغزی یا عفونت است. تنها حدود ۵۰ نفر چنین ایمپلنت‌هایی را برای مدتی طولانی دریافت کرده‌اند.

اکثر دستگاه‌هایی که روی پوست سر قرار داده می‌شوند از روشی به نام الکتروانسفالوگرافی یا نوار مغزی(EEG) برای تشخیص میدان‌های الکتریکی کوچکی که از جمجمه عبور می‌کنند، استفاده می‌کنند که منعکس‌کننده فعالیت متوسط میلیون‌ها نورون است که در حجم قابل‌توجهی از مغز پخش شده‌اند.

نوار مغزی به طور معمول به صورت بالینی برای نظارت بر صرع و خواب و در آزمایشگاه برای مطالعه طیف وسیعی از عملکردهای مغز استفاده می‌شود. تلاش‌های تجاری بر استفاده از سیگنال‌های نوار مغز برای نظارت بر حالات روانی مانند تمرکز، آرامش، بی‌قراری و خواب‌آلودگی متمرکز است.

شرکت‌های هدف مصرف‌کننده هنوز یک «اپلیکیشن بسیار محبوب» ایجاد نکرده‌اند که آنقدر مطلوب باشد که فروش را به شدت افزایش دهد. اما برای دستگاه‌های کاشتنی، یک کاربرد جذاب به وضوح به چشم می‌خورد و آن کمک به افراد مبتلا به فلج برای بازگرداندن ارتباطات یا استقلال است.

بهبود ایمپلنت‌ها

شرکت‌های مختلفی در حال توسعه و تجاری‌سازی رابط‌های مغز و رایانه کاشته شده هستند. پنج شرکت آمریکایی در نزدیک‌ترین حالت به دستیابی به این مهم قرار دارند که شامل نورالینک، سینکرون، بلک‌راک نوروتک(Blackrock Neurotech) در سالت لیک سیتی، یوتا، پارادرومیکس در آستین، تگزاس و علوم اعصاب دقیق(Precision Neuroscience) در منهتن، نیویورک هستند. چین نیز در این زمینه سرمایه‌گذاری زیادی کرده و شرکت‌های اروپایی نیز در حال ظهور هستند.

نورالینک، بلک‌راک و پارادرومیکس سیستم‌های الکترودی را توسعه داده‌اند که به قشر مغز نفوذ می‌کند تا فعالیت تک تک نورون‌ها را ضبط کند. مت انجل(Matt Angle)، مدیر اجرایی پارادرومیکس می‌گوید تحقیقات دانشگاهی نشان داده است که هرچه فعالیت تعداد نورون‌های بیشتری ثبت شود، افکار با دقت و سرعت بیشتری رمزگشایی می‌شوند.

رابط‌های بلک‌راک و پارادرومیکس شبکه‌هایی از صدها الکترود سخت و مستقیم و چندین آرایه هستند که می‌توانند در بدن یک فرد کاشته شوند. آرایه بلک‌راک اولین بار ۱۹ سال پیش برای مدتی طولانی در یک فرد کاشته شد و از آن زمان به عنوان پایه اصلی تحقیقات رابط مغز و رایانه بوده است. آرایه پارادرومیکس در حال آزمایش بر روی گوسفندان است.

ایمپلنت نورالینک که تاکنون روی میمون‌ها آزمایش شده است از چندین رشته پلیمری بلند و انعطاف‌پذیر تشکیل شده است. این رشته‌ها حاوی نواحی ضبط فعالیت مغز زیادی هستند و نسبت به آرایه‌های الکترودی سخت، به شکلی عمیق‌تر در قشر مغز کاشته می‌شوند.

برخلاف نورالینک، سینکرون و شرکت علوم اعصاب دقیق از الکترودهایی استفاده می‌کنند که روی سطح مغز قرار می‌گیرند مانند الکترودهایی که در مطالعه چانگ قرار داده شده‌اند.

بن راپوپورت(Ben Rapoport)، یکی از بنیانگذاران شرکت علوم اعصاب دقیق، می‌گوید: کل فلسفه ما، استقرار الکترودهایی با حداقل تهاجم است که به مغز آسیب نمی‌رسانند. که این شامل جداسازی آسان آنها نیز می‌شود.

رابط مغز و رایانه تنها از ۱۶ الکترود تشکیل شده است. ترکیبی از استنت رگ خونی و آرایه الکترود، استنترود نامیده می‌شود. این رابط بدون جراحی مغز و اعصاب و تنها با فشردن دستگاه به سمت بالا از طریق سیاهرگ گردن کاشته می‌شود تا زمانی که در رگ خونی که در زیر قشر حرکتی مغز قرار دارد، جا بگیرد. این ناحیه‌ای است که تصمیم به حرکت در فرد را تنظیم می‌کند.

پهنای باند کم استنترود نمی‌تواند افکار را رمزگشایی کند، اما کاربران را قادر می‌سازد تا یک گوشی هوشمند را کنترل کنند که به خودی خود یک دستاورد انقلابی برای بازگرداندن استقلال به افراد است.

نورالینک نیز اخیرا اولین آزمایش بالینی تراشه های خود را روی مغز یک انسان انجام داد. شرکت علوم اعصاب دقیق الکترودهای خود را برای اولین بار بر روی انسان آزمایش کرد و فعالیت مغز را به مدت ۱۵ دقیقه در حین جراحی برداشتن تومورهای مغزی ضبط کرد. هر پنج شرکت در حال حاضر به دریافت مجوز استفاده بالینی از سازمان غذا و دارو آمریکا نزدیک شده‌اند.

سینکرون به کسب تاییدیه بالقوه نزدیک است. امسال، دهمین و آخرین داوطلب به مطالعات امکان‌سنجی اولیه این شرکت پیوسته که در آن افراد مبتلا به فلج شدید از سیستم سینکرون در خانه استفاده می‌کنند. در ماه سپتامبر، این شرکت به این هدف دست یافت که فردی با دستگاه استنترود تازه کاشته‌شده بتواند دستورالعمل‌های نرم‌افزاری را برای راه‌اندازی رابط مغز و رایانه بدون کمک کارکنان سینکرون دنبال کند. چهار شرکت دیگر امیدوارند در سال‌های آینده آزمایش‌های امکان‌سنجی را انجام دهند.

تیم دنیسون(Tim Denison)، مهندس دانشگاه آکسفورد، انگلستان به مدت ۲۰ سال در زمینه فناوری اعصاب کار کرده است و اغلب بر تحریک مغز به عنوان درمانی برای بیماری‌های عصبی روانپزشکی تمرکز کرده است. دنیسون می‌گوید اگر دستگاه‌ها بتوانند نشانه‌های بیماری یا نشانه‌های بهبودی را شناسایی کنند، پیشرفت‌ها در خوانش فعالیت مغز می‌تواند تفاوت بزرگی در هدایت فرآیند تحریک‌های درمانی ایجاد کند.

اما تجربه طولانی دنیسون او را محتاط کرده است. او می‌گوید در برخی موقعیت‌ها، امیدهای زیادی داشتم و فناوری به نتیجه نرسید.

او تاکید می‌کند که ساخت دستگاه‌های قابل اعتماد، عملی و مقرون به صرفه به اندازه پیشرفت‌های علمی برای موفقیت آنها ضروری است.

دنیسون می‌گوید، با توجه به کمبود جراحان مغز و اعصاب در سراسر جهان، یکی از مهم‌ترین کارهایی که نورالینک انجام داده، ایجاد رباتی است که دستگاه خود را با جراحی در سر افراد کاشت می‌کند.

تمرکز بر تجاری‌سازی

توسعه‌دهندگان هدست‌های مغزخوان غیرتهاجمی با مجموعه متفاوتی از موانع روبرو هستند. اکوسیستم تجاری کنونی متشکل از چند شرکت کوچک و تازه تأسیس شده، ده‌ها استارت‌آپ و بخش‌های تحقیقاتی مختلفی در شرکت‌های بزرگ فناوری است.

نیتا فراهانی، دانشمند ایرانی-آمریکایی و محقق حقوقی متخصص در این زمینه می‌گوید: سه محدودیت بزرگ فناوری عصبی تجاری شامل شکلی است که آنها به کار گرفته‌اند، برنامه‌هایی که ارائه کرده‌اند و کیفیت سیگنالی که می‌توانید از آنها دریافت کنید.

با وجود موفقیت در شرایط آزمایشگاهی کنترل شده، نوارهای مغزی نمی‌توانند افکار کاربران را رمزگشایی کنند. و اگرچه برخی از محصولات به ویژه برای بازی از نوار مغزی برای کنترل فناوری‌های خارجی استفاده می‌کنند اما در حال حاضر این یک فرآیند کُند و پر زحمت است.

نوار مغزی در ارائه یک نشانه کلی از وضعیت روانی فرد بهتر عمل می‌کند.

هدف بسیاری از اپلیکیشن‌ها این است که کاربران را از وضعیت مغز خود آگاه کنند و از طریق نوعی رابط این کار را انجام می‌دهند.

چندین شرکت محصولاتی مانند هدبند، هدست یا هدفون ارائه می‌دهند که کاربران را به سمت حالت‌های مراقبه عمیق‌تر سوق می‌دهد یا به افراد کمک می‌کند تا وارد حالت‌های متمرکزتر و سازنده‌تر شوند. در سال ۲۰۲۲، باشگاه فوتبال لیورپول اعلام کرد که شرکت نوروتکنولوژی آلمانی نورو ۱۱(Neuro۱۱)، مستقر در پوتسدام، به بازیکنان باشگاه کمک کرده است تا یاد بگیرند که در موقعیت‌های تحت فشار به حالت‌های آرام و متمرکز برسند و به عملکرد آنها کمک کرده است اگرچه محققان هشدار می‌دهند که چنین مداخلاتی می‌تواند ناشی از اثر دارونما باشد.

هدف برخی از محصولات، دستکاری مستقیم امواج مغزی به امید تغییر وضعیت روانی افراد است. اندرو جکسون(Andrew Jackson)، متخصص علوم اعصاب در دانشگاه نیوکاسل، بریتانیا، نودیو(Neudio) را تأسیس کرد که یک شرکت نوپا است و از الگوریتمی استفاده می‌کند که نوار مغزی کاربر را ضبط می‌کند و در لحظه موسیقی مصنوعی تولید می‌کند که هدف آن بهبود فعالیت مغز برای ایجاد آرامش یا تمرکز است. شرکت‌های دیگر از رویکردهای مشابهی برای بهبود کیفیت خواب استفاده می‌کنند.

اما فراهانی شک دارد که این فناوری برای کاربردهای دیگر جریان‌ساز شود.

او می‌گوید: شرکت‌هایی مانند متا و اپل پیش از این هدست‌هایی را عرضه کرده‌اند که به‌عنوان مثال، فناوری ردیابی چشم را شامل می‌شود. در ماه ژوئیه، اپل حق ثبت اختراع را برای استفاده از حسگرهای نوار مغز در هدفون‌های خود به نام ایرپادها(Airpods) دریافت کرد.

سؤالات مهمی در مورد کیفیت سیگنال‌های نوار مغزی که دستگاه‌های تجاری می‌توانند ضبط کنند به‌ویژه زمانی که کاربر در حال حرکت است وجود دارد و این که چگونه کاربردهای آن را محدود می‌کند. اما این فناوری‌ها می‌توانند معنای بیشتر از این داشته باشند و این سؤال مطرح می‌شود که آیا داده‌های مغزی یک نفر و حتی حریم خصوصی ذهنی آنها می‌تواند تبدیل به کالایی مصرفی شود یا خیر.

پناهگاهی برای فروش

با شتاب گرفتن فناوری‌های عصبی مغزخوانی، متخصصان اخلاق و تنظیم‌کننده‌ها به طور فزاینده‌ای می‌پرسند که این دستگاه‌ها چه خطرات منحصر به فردی دارند. مغز فقط یکی از اعضای بدن نیست. این اندامی است که ذهن انسان را تولید می‌کند. رافائل یوست(Rafael Yuste)، عصب‌شناس در دانشگاه کلمبیا در شهر نیویورک می‌گوید: اینجا باید پناهگاه هویت ما باشد. شما باید از آن محافظت کنید، نمی‌توانید اطلاعات مغز را بفروشید.

فناوری پزشکی ایمپلنت ممکن است مشکلات اخلاقی ایجاد کند. به عنوان مثال، با توجه به اینکه نرم افزار هوش مصنوعی(AI) به تبدیل فعالیت مغزی کاربران به تصمیم گیری کمک می‌کند، سوالاتی در مورد عاملیت و مقصر بودن کاربران وجود دارد. همچنین مشخص نیست که اگر سازنده ایمپلنت آنها از کار خود دست بکشد چه اتفاقی برای مردم می‌افتد. اما دیدگاه کلی این است که مقررات پزشکی موجود می‌تواند تا حد زیادی توسعه و استفاده از این فناوری را هدایت کند. فراهانی می‌گوید، برای دستگاه‌های تجاری، مقررات فعلی شکاف‌های نگران کننده‌ای ایجاد می‌کند.

فراهانی در کتاب خود با نام «نبرد مغز شما»(The Battle for Your Brain) که در ماه مارس منتشر شد، توضیح می‌دهد که چگونه در چین، توجه دانش‌آموزان با استفاده از هدست‌های نوار مغزی ساخته شده توسط شرکت نرم‌افزار آمریکایی BrainCo نظارت می‌شود و چگونه کارفرمایان خاصی در کشورهای مختلف، آنها را تحت نظر دارند.

چنین ردیابی می‌تواند برای سنجش توجه زمانی که رانندگان در مسافت‌های طولانی خواب آلود می‌شوند ارزشمند باشد، اما اگر کارفرمایان از این فناوری برای ارزیابی سطح تمرکز کارکنان استفاده کنند، مشکل‌ساز می‌شود.

منتقدان استدلال می‌کنند که برخی از ادعاهای مطرح شده در مورد توانایی نوار مغزی برای آشکار کردن افکار خصوصی افراد بیش از حد افراط آمیز است و داده‌های جمع‌آوری‌شده از رفتار آنلاین افراد بسیار آشکار کننده‌تر است.

یوست و فراهانی فکر می‌کنند که معاهدات حقوق بشر موجود برای محافظت از شهروندان در برابر سوء استفاده از فناوری‌های عصبی نیاز به به روز رسانی دارند.

یوست از دسته جدیدی از حقوق به نام حقوق عصبی حمایت می‌کند که به گفته او، از حریم خصوصی ذهنی محافظت می‌کند.

فراهانی از حق گسترده‌تری برای «آزادی شناختی» بحث می‌کند که آن محافظت از فناوری عصبی و طیف وسیعی از فناوری‌های دیجیتال است که می‌توانند ذهن و رفتار مردم را دستکاری کنند.

سازمان‌های متعددی در حال بررسی نحوه تنظیم فناوری عصبی هستند. از سال ۲۰۱۹، یونسکو، سازمان همکاری اقتصادی و توسعه و شورای افق نظارتی بریتانیا هر کدام توصیه‌ها یا گزارش‌هایی را در این مورد صادر کرده‌اند. اما اخلاق‌شناسان در نهایت می‌خواهند شاهد گنجانده شدن اصول در قانون باشند. یک راه حل اصلاح معاهدات بین المللی حقوق بشر است. شورای حقوق بشر سازمان ملل در ماه اوت برای بحث در مورد فناوری عصبی تشکیل جلسه داد.

شیلی در حال حاضر تنها کشوری است که قوانینی برای حمایت از حقوق عصبی دارد. این کشور در سال ۲۰۲۱، قانون اساسی خود را تغییر داد تا در برابر استفاده‌های مشکل‌ساز از فناوری عصبی محافظت ایجاد کند. دولت‌های برزیل، مکزیک، اسپانیا و استرالیا نیز در حال بحث در مورد چگونگی ایجاد قوانین برای کنترل فناوری عصبی هستند.

فراهانی از این واقعیت خوشحال است که برخلاف تلاش‌ها برای تنظیم رسانه‌های اجتماعی و هوش مصنوعی که تنها زمانی اتفاق افتاد که این فناوری‌ها در مقیاس گسترده مورد استفاده قرار گرفتند، گفتگوها در مورد فناوری عصبی قبل از رسیدن آن به نقطه اوج اتفاق می‌افتد و به نظر می‌رسد که مردم به انجام درست و اخلاقی آن اهمیت می‌دهند.

انتهای پیام