بفضل المشاريع البارزة مثل مشروع Neuralink التابع لإيلون ماسك، حظيت واجهات الدماغ والحاسوب (BCI) باهتمام عالمي في السنوات الأخيرة. ومع ذلك، قد تفاجأ عندما تعلم أن تقنية BCI موجودة منذ أكثر من أربعة عقود، وأنك لست بحاجة إلى إجراء عملية جراحية لإنشاء مشاريعك الخاصة "التي يتم التحكم فيها عن طريق العقل".

ظهرت Emotiv لأول مرة في عام 2011، حيث قدمت أول سماعة رأس لاسلكية لتخطيط كهربية الدماغ EEG كجهاز ألعاب BCI ثوري. ومنذ ذلك الحين، تطورت التكنولوجيا بشكل كبير إلى جانب خوارزميات التعلم الآلي وأجهزة استشعار الموجات الدماغية المحسنة. واليوم، لا يزال عشاق BCI يلجؤون إلى Emotiv لتلبية احتياجات مشاريع واجهات الدماغ والحاسوب الخاصة بهم.

سواء كنت مبتدئًا أو محترفًا ذو خبرة، فإن عالم BCI يقدم فرصًا مثيرة للابتكار والاكتشاف. إليك دليل لأجهزة واجهة الدماغ والحاسوب لمساعدتك على فهم هذا العالم الرائع والوصول إليه.

فهم تقنية واجهة الدماغ والحاسوب

تتيح تقنية واجهة الدماغ والحاسوب (BCI) الاتصال المباشر بين الدماغ والأجهزة الخارجية. من الناحية الفنية، فإن أي جهاز يقرأ إشارات الدماغ يُعتبر BCI. وفي الآونة الأخيرة، تم استخدام هذا المصطلح في المقام الأول لوصف واجهات BCI التي تسمح لك بالتحكم في الأجهزة "عبر العقل". ويمكن لنفس التقنية التي تساعد في فهم وظائف الدماغ أن تترجم إشارات الدماغ إلى أوامر لمهام مختلفة، بما في ذلك التحكم في مؤشر الكمبيوتر، وتحريك الأطراف الاصطناعية، وإنشاء تجارب ألعاب تفاعلية. تقدم تقنية BCI أملًا جديدًا لأولئك الذين لا يستطيعون استخدام أطرافهم، بالإضافة إلى المبتكرين والهواة الأصحاء في كل مكان.

نظرًا لأن "BCI" أصبح مصطلحًا رائجًا في روح العصر، فمن المهم التمييز بين أنواع أجهزة واجهة الدماغ والحاسوب لتقليل الارتباك وحتى يتمكن المستهلكون والمؤسسات من اختيار جهاز BCI المناسب لهم.

أجهزة BCI: الجراحة مقابل سماعة الرأس

يوجد حاليًا نوعان متميزان من أجهزة واجهة الدماغ والحاسوب؛ الأجهزة التي يتم زرعها في الدماغ وتلك التي تقرأ إشارات الدماغ من فروة الرأس (الشكل 1). وإليك الاختلافات.

الشكل 1. تصنيف تقنيات الحصول على إشارات BCI. (أ) هو مخطط تصنيف البعد الجراحي، والذي يتضمن ثلاثة مستويات: غير جراحي، وجراحي طفيف، وجراحي. (ب) يوضح مخطط تصنيف بعد الكشف، والذي يتضمن ثلاثة مستويات: عدم الزرع، والتدخل، والزرع. [1]

داخل الجمجمة (جراحي)

يقوم تخطيط كهربية الدماغ داخل الجمجمة (iEEG) بزراعة أقطاب كهربائية مباشرة داخل رأس الشخص. يتيح ذلك للأطباء الحصول على إشارة إلكترونية واضحة للبحث والكشف والعلاج. ويمكن لغرسات الدماغ إما قراءة البيانات، أو تحفيز الدماغ، أو كليهما. وتشمل الاستخدامات، على سبيل المثال لا الحصر، تقييم نوبات الصرع [2]، وعلاج الأمراض العقلية [3]، وتجاوز الشلل، وتمكين تحويل الأفكار إلى نص أو تحويل الأفكار إلى كلام (الشكل 2)، وحتى استعادة الرؤية [4][5].

تُعرّف إدارة الغذاء والدواء الأمريكية أجهزة BCI المزروعة بأنها "أطراف صناعية عصبية تتصل بالجهاز العصبي المركزي أو المحيطي لاستعادة القدرات الحركية و/أو الحسية المفقودة لدى المرضى المصابين بالشلل أو بتر الأطراف" [6].

الشكل 2. كيسي هاريل، الذي يعاني من التصلب الجانبي الضموري (ALS)، يتحدث مجددًا بمساعدة غرسة BCI من خلال تجربة BrainGate السريرية. (المصدر: مجلس أمناء جامعة كاليفورنيا UC Regents)

داخل الجمجمة (جراحي طفيف)

لقد أجرى الباحثون تجارب على طرق أقل تغلغلًا لقراءة المعلومات المباشرة من الدماغ. وتتمثل إحدى الطرق في استخدام الأوعية الدموية (الشكل 3)، حيث يتم إرسال أقطاب كهربائية إلى الدماغ عبر دعامة مرنة من خلال الأوعية الدموية [7][8].

تُسمى طريقة أخرى تخطيط كهربية القشرة (ECoG)، والتي تتطلب وضع أقطاب كهربائية جراحيًا تحت الجمجمة، إما تحت الأم الجافية (subdural ECoG) أو خارج الأم الجافية (epidural ECoG). هذا الإجراء جراحي ولكنه أقل تغلغلًا من غرسات BCI التقليدية [9].

الشكل 3. أ، مخطط لواجهة الدماغ والحاسوب (BCI) المزروعة بالكامل. يتم زرع جهاز يحتوي على أقطاب كهربائية في الجيب السهمي العلوي (مدرج في الرسم) وتوصيله بوحدة إرسال واستقبال قابلة للزرع (IRTU) في الجيب تحت الجلد. تتواصل وحدة IRTU مع وحدة القياس عن بعد للمستقبل الخارجي (ERTU)، والتي تنقل الإشارات إلى وحدة التحكم في الإشارات للتحكم في جهاز كمبيوتر محمول أو جهاز لوحي. ب، BCI مع متتبع العين للتحكم في الكمبيوتر. يتم استخدام تتبع العين لتحريك المؤشر، ويتم استخدام BCI للنقر. ج، BCI بدون تتبع العين للتحكم في الكمبيوتر. يسلط ماسح العناصر الضوء على العناصر بالتتابع، ويتم استخدام BCI للنقر فوق عنصر عندما يتم تسليط الضوء عليه [7].

واجهات BCI غير الجراحية (سماعات رأس EEG)

الشكل 4. يشارك جون في برنامج BCI4Kids، وهو برنامج يساعد الأطفال ذوي الإعاقة على التفاعل مع بيئتهم باستخدام واجهات الدماغ والحاسوب. يمكنك مشاهدة أعمال جون الفنية المدعومة بالدماغ هنا.

تستخدم أجهزة BCI غير الجراحية أقطابًا كهربائية لقراءة الإشارات الكهربائية عبر فروة رأس الشخص. وكان هذا الإجراء يقتصر تقليديًا على بيئة المختبر، ولكن ظهور أجهزة EEG اللاسلكية ذات الدرجة البحثية أتاح قراءة دقيقة للموجات الدماغية في أي مكان (الشكل 4).

حاليًا، هناك العشرات من سماعات رأس BCI غير الجراحية في السوق - والعديد منها مصمم لغرض واحد محدد، مثل مراقبة النوم أو التركيز. قد تختلف الأسعار من بضع مئات من الدولارات إلى مئات الآلاف. تقدم Emotiv النطاق الأكثر تنوعًا وبأسعار معقولة لأجهزة BCI اللاسلكية، والتي تتراوح من مستشعرين إلى 32 مستشعرًا، ويستخدمها علماء الأعصاب والطلاب والمعلمون والمبتكرون واللاعبون والهواة والفنانون في جميع أنحاء العالم.

وفقًا لتدقيق أجري عام 2022 للمقالات التي تمت مراجعتها من قِبل الزملاء [10]، فإن Emotiv هو جهاز EEG الاستهلاكي الأكثر استخدامًا (67.69%) للبحث العلمي. يثق الباحثون في Emotiv لأدائه المعتمد علميًا، وتكلفته المعقولة مقارنة بمعدات مختبرات تخطيط كهربية الدماغ التقليدية، وتعدد استخداماته. يمكن مشاركة نفس سماعة Emotiv المستخدمة في مختبر جامعي لإجراء أبحاث مذهلة على الدماغ البشري مع قسم الموسيقى لأداء BCI، ثم تمريرها إلى قسم علم النفس للتعلم العملي، ومشاركتها مع نادي BCI للطلاب لسباق الطائرات بدون طيار المدعومة بالدماغ.

أجهزة Emotiv BCI

في Emotiv، لدينا أجهزة BCI لاسلكية للمبتدئين والمستخدمين ذوي الخبرة على حد سواء.

أعلاه: يتم التحكم في كرسي متحرك باستخدام Emotiv Flex كجهاز BCI [11].

أعلاه: طالب يستخدم Epoc X ولوحة Arduino للتحكم في ذراع آلية. (المصدر: مات سو)

أعلاه: طالب في جامعة فلوريدا يرتدي جهاز Emotiv Insight BCI للتحكم في طائرة بدون طيار. (المصدر)

الشكل 5. نجحت لاعبة تويتش Perrikaryal في استخدام جهاز Emotiv MN8 ثنائي القنوات القابل للارتداء للتحكم في لعبة Halo باستخدام BCI.

البدء في مشروع BCI الخاص بك

كيف يمكنني استخدام BCI؟

تحتاج إلى خمسة عناصر أساسية لبدء مشروع BCI الخاص بك.

1. هدف واضح

2. جهاز التقاط الإشارات، مثل سماعة رأس EEG من Emotiv

3. برنامج معالجة الإشارات، مثل EmotivBCI.

4. أوامر BCI المخصصة (مطلوب بعض الخبرة في البرمجة)

5. الوصول إلى الجهاز الذي تريد التحكم فيه عبر SDK، ولوحة Arduino، وما إلى ذلك.

6. جهاز لاستقبال أوامر BCI

اختيار أجهزة BCI المناسبة

يعد اختيار جهاز BCI المناسب أمرًا بالغ الأهمية لنجاح مشروعك. وفيما يلي بعض الاعتبارات الرئيسية:

سهولة الاستخدام: ابحث عن جهاز سهل الاستخدام وبسيط في الإعداد، خاصة إذا كنت مبتدئًا. يتم إعداد أجهزة Emotiv BCI في غضون دقائق باستخدام مستشعرات جافة وشبه جافة وملحية.

1. الوظائف: تأكد من أن الجهاز يقدم الميزات والقدرات اللازمة لمشروعك المحدد. تتميز سماعات الرأس Emotiv بقدرتها على استشعار الدماغ بالكامل، ولكن كقاعدة عامة، يعمل BCI بشكل أفضل مع وجود عدد أكبر من أجهزة الاستشعار. وبناءً على هذا المنطق، يستخدم Emotiv Flex ما يصل إلى 32 مستشعرًا لأقصى درجات استشعار الدماغ، ومع ذلك يميل مستخدمونا إلى العثور على Epoc X أو Insight كافيين تمامًا لمشاريع BCI وأبحاثهم. وفي الوقت نفسه، تعد الأجهزة القابلة للارتداء على الرأس MN8 مثالية لـ تطوير تطبيقات BCI للهواتف المحمولة.

2. موضع المستشعر: عند اختيار سماعة رأس EEG، ضع في اعتبارك مكان وجود أجهزة الاستشعار وكيف يؤثر ذلك على احتياجاتك. على سبيل المثال، تحتوي بعض أجهزة BCI الموجودة في السوق على مستشعر واحد فقط أو مستشعرات متعددة تقع فقط في الجزء الخلفي من الرأس.

3. المستشعرات الرطبة مقابل المستشعرات الجافة: ضع في اعتبارك الراحة وجودة الإشارة عند اختيار جهاز BCI، خاصة إذا كنت تنوي ارتدائه لفترات طويلة من الزمن. المحلول الملحى مريح أكثر من الجل، والمستشعرات شبه الجافة أسهل في الاستخدام من المحلول الملحي، والمستشعرات الجافة هي الأكثر ملاءمة للاستخدام. قارن جودة الإشارة لأجهزة Emotiv.

4. التوافق: اختر جهازًا يتكامل جيدًا مع برنامجك الحالي وأدواتك البرمجية والمادية. إذا كنت ترغب في دمج BCI في نظام موجود (طائرات بدون طيار، Spotify، إنترنت الأشياء، وما إلى ذلك)، فتأكد من أنه يمكنك الوصول إلى SDK وواجهة برمجة التطبيقات.

5. الدعم: اختر جهازًا من شركة تقدم دعمًا قويًا ولديها مجتمع مستخدمين نشط. تقدم Emotiv قاعدة معرفية واسعة ودعمًا للعملاء.

6. البيانات والخصوصية: خصوصيتك العصبية مهمة. ولهذا السبب، قامت Emotiv منذ اليوم الأول بتصميم مجموعة بيانات EEG الخاصة بها مع مراعاة الخصوصية الفائقة. شاهد كيف تحمي Emotiv بيانات دماغك.

الخاتمة

إن بدء مشروع BCI هو رحلة مثيرة توفر إمكانات هائلة للابتكار والتأثير. وسواء كنت مبتدئًا أو محترفًا من ذوي الخبرة، توفر Emotiv الأدوات والدعم الذي تحتاجه للنجاح. فمع جهاز BCI المناسب والرؤية الواضحة، يمكنك فتح آفاق جديدة وإمكانيات مذهلة.

اكتشف أجهزة BCI وموارد Emotiv اليوم لبدء العمل في مشروع BCI الخاص بك. انضم إلى مجتمع المبتكرين والباحثين الذين يشكلون مستقبل التفاعل بين الإنسان والتكنولوجيا باستخدام تقنية BCI.

انضم إلى مجتمع المطورين الخاص بنا

شارك مشاريع BCI الخاصة بك معنا! قم بالإشارة إلى #Emotiv على وسائل التواصل الاجتماعي أو عبر البريد الإلكتروني hello@emotiv.com.

هل تحتاج إلى مزيد من المساعدة؟ اتصل بنا

المراجع

1. Y. Sun et al., “Signal acquisition of brain-computer interfaces: A medical-engineering crossover perspective review,” Fundamental Research, Apr. 2024, doi: 10.1016/j.fmre.2024.04.011. متاح على: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559

2. P. S. Reif, A. Strzelczyk, and F. Rosenow, “The history of invasive EEG evaluation in epilepsy patients,” Seizure, vol. 41, pp. 191–195, Apr. 2016, doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006.

3. Center for Devices and Radiological Health, “Implanted Brain-Computer Interface (BCI) Devices for Patients with Paralysis or Emputation - Non-clinical Testing and Clinical Considerations,” إدارة الغذاء والدواء الأمريكية، 20 مايو 2021. https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing

4. Y.-H. Nho et al., “Responsive deep brain stimulation guided by ventral striatal electrophysiology of obsession durably ameliorates compulsion,” Neuron, vol. 112, no. 1, pp. 73-83.e4, Jan. 2024, doi: 10.1016/j.neuron.2023.09.034.

5. “Neuralink on X: ‘We have received Breakthrough Device Designation from the FDA for Blindsight.  Join us in our quest to bring back sight to those who have lost it. Apply to our Patient Registry and openings on our career page https://t.co/abBMTdv7Rh’ / X,” X (تويتر سابقًا). https://x.com/neuralink/status/1836118060308271306?ref_src=twsrc%5Egoogle%7Ctwcamp%5Eserp%7Ctwgr%5Etweet

6. M. Ptito, M. Bleau, I. Djerourou, S. Paré, F. C. Schneider, and D.-R. Chebat, “Brain-Machine interfaces to assist the blind,” Frontiers in Human Neuroscience, vol. 15, Feb. 2021, doi: 10.3389/fnhum.2021.638887.

7. P. Mitchell et al., “Assessment of safety of a fully implanted endovascular Brain-Computer interface for severe paralysis in 4 patients,” JAMA Neurology, vol. 80, no. 3, p. 270, Mar. 2023, doi: 10.1001/jamaneurol.2022.4847.

8. Q. He et al., “The brain nebula: minimally invasive brain–computer interface by endovascular neural recording and stimulation,” Journal of NeuroInterventional Surgery, p. jnis-021296, Feb. 2024, doi: 10.1136/jnis-2023-021296.

9. R. P. N. Rao, “Semi-Invasive BCIs,” in Cambridge University Press eBooks, 2013, pp. 149–176. doi: 10.1017/cbo9781139032803.012.

10. J. Sabio, N. S. Williams, G. M. McArthur, and N. A. Badcock, “A scoping review on the use of consumer-grade EEG devices for research,” bioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory), Dec. 2022, doi: 10.1101/2022.12.04.519056.

11. D. Pawuś and S. Paszkiel, “BCI wheelchair control using expert system classifying EEG signals based on power spectrum estimation and nervous tics detection,” Applied Sciences, vol. 12, no. 20, p. 10385, Oct. 2022, doi: 10.3390/app122010385.