دليل لأجهزة واجهة الدماغ-الكمبيوتر

بفضل المشاريع البارزة مثل مشروع إيلون ماسك Neuralink، اكتسبت واجهات الدماغ-الكمبيوتر (BCI) اهتمامًا عالميًا في السنوات الأخيرة. قد تتفاجأ بمعرفة أن تقنية BCI قد وجدت لأكثر من أربعة عقود وأنك لا تحتاج إلى جراحة لإنشاء مشاريعك الخاصة التي يتم التحكم فيها بواسطة العقل.

قامت EMOTIV بالظهور لأول مرة في عام 2011، وقدمت أول سماعة EEG لاسلكية كجهاز لعب ثوري لواجهة الدماغ-الكمبيوتر. منذ ذلك الحين، تقدمت التكنولوجيا بشكل كبير جنبًا إلى جنب مع خوارزميات التعلم الآلي وتحسين مستشعرات موجات الدماغ. اليوم، لا يزال محبو BCI يتوجهون إلى EMOTIV لتلبية احتياجات مشاريعهم من واجهات الدماغ-الكمبيوتر.

سواء كنت مبتدئًا أو محترفًا ذو خبرة، فإن عالم BCI يوفر فرصًا مثيرة للابتكار والاكتشاف. هنا دليل لأجهزة واجهة الدماغ-الكمبيوتر لمساعدتك على فهم والوصول إلى هذا العالم المثير.

فهم تقنية واجهة الدماغ-الكمبيوتر

تسمح تقنية واجهة الدماغ-الكمبيوتر (BCI) بالتواصل المباشر بين الدماغ والأجهزة الخارجية. تقنيًا، أي جهاز يقرأ إشارات الدماغ يعتبر BCI. في الآونة الأخيرة، تم استخدام المصطلح لوصف الواجهات التي تسمح بالتحكم بالأجهزة عبر العقل. التكنولوجيا نفسها التي تساعد في فهم وظيفة الدماغ يمكن أن تترجم إشارات الدماغ إلى أوامر لمهام مختلفة، بما في ذلك تحريك المؤشر المتحكم، نقل الأطراف الصناعية، وإنشاء تجارب ألعاب تفاعلية. تقدم تقنية BCI أملًا جديدًا لأولئك الذين لا يستطيعون استخدام أطرافهم، بالإضافة إلى المبتكرين والهواة القادرين على الأدوات البدنية في كل أنحاء العالم.

بما أن "BCI" أصبحت كلمة طنانة في الروح المعاصرة، من المهم التمييز بين أنواع أجهزة الدماغ-الكمبيوتر لتخفيف اللبس ولمساعدة المستهلكين والمؤسسات في اختيار الجهاز المناسب لهم.

أجهزة BCI: الجراحة مقابل سماعات الرأس

يوجد حاليًا نوعان متميزان من أجهزة واجهة الدماغ-الكمبيوتر؛ تلك التي تزرع في الدماغ وتلك التي تقرأ إشارات الدماغ من فروة الرأس (الشكل 1). إليك الفرق.

الشكل 1. تصنيف تقنيات اكتساب الإشارات لـ BCI. (a) هو مخطط تصنيف للبُعد الجراحي الذي يتضمن ثلاثة مستويات: غير جراحي، قليل التدخل، وجراحي. (b) يظهر مخطط تصنيف للبُعد الكشف الذي يتضمن ثلاث مستويات: عدم الزرع، التدخل، والزرع. [1]

داخل الجمجمة (جراحي)

زرع تخطيط كهربية الدماغ داخل الجمجمة (iEEG) الأقطاب مباشرة داخل رأس الشخص. هذا يسمح للأطباء بالحصول على إشارة إلكترونية واضحة للبحث والكشف والعلاج. يمكن لزراعة الدماغ قراءة البيانات، أو تحفيز الدماغ، أو كلاهما. الاستخدامات تشمل ولا تقتصر على، تقييم نوبات الصرع [2]، علاج الأمراض العقلية [3]، تجاوز الشلل، تمكين التفكير إلى نص أو التفكير إلى حديث (الشكل 2) وحتى استعادة الرؤية [4][5]. 

تعرف إدارة الغذاء والدواء الأمريكية الأجهزة المزروعة للواجهة الدماغ-كمبيوتر على أنها "الأطراف الصناعية العصبية التي تتفاعل مع الجهاز العصبي المركزي أو المحيطي لاستعادة القدرات الحركية و/أو الحسية المفقودة في المرضى الذين يعانون من شلل أو بتر" [6].

الشكل 2. كيسي هاريل، الذي يعاني من مرض ALS، يتحدث مجددًا بمساعدة زراعة واجهة الدماغ-الكمبيوتر عبر تجربة BrainGate السريرية. (الحقوق: UC Regents)

داخل الجمجمة (قليل التدخل)

ظل الباحثون يجربون طرقًا أقل تدخلاً لقراءة المعلومات المباشرة من الدماغ. إحدى الطرق هي من خلال الأوعية الدموية، إرسال الأقطاب إلى الدماغ عبر دعامة من خلال الأوعية الدموية [7][8].

طريقة أخرى تسمى كهربائية القشرة الدماغية (ECoG)، والتي تتطلب وضع جراحي للأقطاب تحت الجمجمة، إما تحت الأم الجافية (ECoG تحت الجافية) أو خارجها (ECoG فوق الجافية). الإجراء جراحي ولكنه أقل تدخلاً من زراعة BCI التقليدية [9].

الشكل 3. A، مخطط لجهاز واجهة الدماغ-الكمبيوتر المزروع بالكامل. يتم زرع جهاز مع الأقطاب في الجيب الدماغي الجبهي الأعلى (الأقحم) ومتصلة بوحدة مستقبلة قابلة للزرع (IRTU) في الجيب تحت الجلد. يتواصل IRTU مع وحدة استقبال خارجية (ERTU)، والتي تنقل الإشارات إلى وحدة التحكم للإشارة للسيطرة على حاسب محمول أو لوحي. B، BCI مع متعقب العين للتحكم في الحاسب. يتم استخدام تعقب العين لتحريك المؤشر، وتستخدم BCI للنقر. C، BCI بدون تعقب العين للتحكم في الحاسب. ماسح العناصر يبرز العناصر بالتتابع، وتستخدم BCI للنقر على عنصر عند تسليط الضوء عليه [7].

واجهة الدماغ-الكمبيوتر غير الجراحية (سماعات EEG)

الشكل 4. يشارك جون في BCI4Kids، وهو برنامج يساعد الأطفال ذوي الإعاقات على التفاعل مع بيئتهم باستخدام واجهات الدماغ-الكمبيوتر. يمكنك رؤية أعمال جون الفنية التي تستخدم العقل هنا هنا.

تستخدم أجهزة BCI غير الجراحية الأقطاب لقراءة الإشارات الكهربائية من خلال فروة رأس الشخص. كانت هذه العملية تقليديًا مقتصرة على بيئة المختبر، لكن عن طريق ظهور الأجهزة اللاسلكية ذات الدرجات البحثية لقياس EEG أصبحت تسمح بقراءات دقيقة لموجات الدماغ في أي مكان (الشكل 4).

حاليًا، يوجد العشرات من سماعات الرأس BCI غير الغازية في السوق - العديد منها مصمم لغرض واحد، مثل مراقبة النوم أو التركيز. تتراوح الأسعار من بضع مئات الدولارات إلى مئات الآلاف. تقدم EMOTIV المجموعة الأكثر تنوعًا وقابلية للتحمل من أجهزة BCI اللاسلكية، تتراوح من جهازي استشعار إلى 32، تُستخدم من قبل علماء الأعصاب والطلاب والمعلمين والمبتكرين واللاعبين والهواة والفنانين في جميع أنحاء العالم. 

وفقًا لمراجعة تدقيق في عام 2022 لمقالات تمت مراجعتها من قبل الأقران [10]، EMOTIV هو الجهاز EEG الأكثر استخدامًا من قبل المستهلك لأغراض البحث العلمي (67.69%). يثق الباحثون في EMOTIV لأدائه المصادق عليه علميًا، وتحمله بالمقارنة مع معدات EEG التقليدية في المختبر، وتعدد استخداماته. يمكن للسماعات نفسها من EMOTIV المستخدمة في مختبر جامعي لإجراء أبحاث رائدة على الدماغ البشري أن تُشارك مع قسم الموسيقى لأداء BCI، ثم تُمرر إلى قسم علم النفس للتعلم العملي، وتُشارك مع نادي الطلاب BCI لسباق الطائرات بدون طيار التي تعمل بالعقل. 

أجهزة EMOTIV BCI

في EMOTIV، لدينا أجهزة BCI لاسلكية للمبتدئين والمستخدمين المحترفين على حد سواء.

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

أعلاه: طالب يستخدم EPOC X ولوحة أردوينو للتحكم في ذراع روبوتية. (المصدر: Matt Su)

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

الشكل 5. يعرض محترف الألعاب على Twitch Perrikaryal بنجاح استخدام جهاز BCI من EMOTIV MN8 بقناتين للتحكم في لعبة Halo.

البدء في مشروع BCI الخاص بك

كيف أستخدم BCI؟

تحتاج إلى خمسة عناصر أساسية للبدء في مشروع BCI الخاص بك.

1. هدف واضح

2. جهاز اكتساب الإشارة، مثل سماعة EEG من EMOTIV

3. برمجيات معالجة الإشارة، مثل EmotivBCI.

4. أوامر BCI معينة (تتطلب بعض الخبرة في البرمجة)

5. الوصول إلى الجهاز الذي تريد التحكم فيه عبر SDK، لوحة أردوينو، إلخ.

6. جهاز لتلقي أوامر BCI

اختيار أجهزة BCI المناسبة

اختيار الجهاز المناسب لـ BCI هو أمر حاسم لنجاح مشروعك. هنا بعض الاعتبارات الرئيسية:

سهولة الاستخدام: ابحث عن جهاز سهل الاستخدام والتثبيت، خاصة إذا كنت مبتدئًا. أجهزة BCI من EMOTIV يتم تثبيتها في دقائق مع مستشعرات جافة وشبه جافة ومالحة.

1. الوظائف: تأكد من أن الجهاز يوفر الميزات والقدرات المطلوبة لمشروعك المحدد. سماعات EMOTIV تقوم بالكشف على الدماغ بالكامل ولكن كقاعدة عامة، تعمل BCI بشكل أفضل مع المزيد من المستشعرات. وفقًا لهذا المنطق، يستخدم EMOTIV Flex ما يصل إلى 32 مستشعرًا لأقصى استشعار للدماغ، لكن مستخدمينا يرون أن EPOC X أو Insight أكثر من كافية لمشاريعهم وأبحاث BCI. أجهزة العقول MN8، في الوقت نفسه، مثالية لتطوير تطبيقات BCI على الهاتف المحمول.

2. أماكن وضع المستشعرات: عند اختيار سماعة EEG، ضع في اعتبارك مكان وضع المستشعرات وكيف يؤثر ذلك على احتياجاتك. على سبيل المثال، بعض الأجهزة BCI في السوق تحتوي فقط على مستشعر واحد أو مستشعرات متعددة موجودة فقط في الجزء الخلفي من الرأس. 

3. المستشعرات الرطبة مقابل الجافة: ضع في اعتبارك الراحة وجودة الإشارة عند اختيار جهاز BCI، خاصة إذا كنت تنوي ارتداءه لفترات طويلة من الزمن. المالحة أكثر راحة من الجل، المستشعرات شبه الجافة أسهل في الاستخدام من المالحة، والمستشعرات الجافة هي الأكثر سهولة في الاستخدام. قارن جودة إشارة أجهزة EMOTIV.

4. التوافق: اختر جهازًا يمتاز بالتكامل الجيد مع البرامج والأدوات التي تستخدمها حاليًا. إذا كنت تريد دمج BCI في نظام موجود (طائرات بدون طيار، Spotify، إنترنت الأشياء، إلخ)، فتأكد من توفر SDK، ووصول إلى API.

5. الدعم: اختر جهازًا من شركة تقدم دعمًا قويًا ولديها مجتمع من المستخدمين النشطين. تقدم EMOTIV قاعدة معرفية واسعة ودعم عملاء.

6. البيانات والخصوصية: خصوصيتك العصبية تهم. لهذا السبب، منذ اليوم الأول، صممت EMOTIV جمع بيانات EEG الخاصة بها مع وضع الخصوصية في الاعتبار. اطلع على كيفية حماية EMOTIV لبيانات دماغك.

الخاتمة

البدء في مشروع BCI هو رحلة مثيرة توفر إمكانات هائلة للابتكار والأثر. سواء كنت مبتدئًا أو محترفًا ذو خبرة، تقدم EMOTIV الأدوات والدعم الذي تحتاجه لتحقيق النجاح. مع الجهاز BCI المناسب ورؤية واضحة، يمكنك فتح إمكانيات جديدة.

اكتشف أجهزة وموارد BCI المقدمة من EMOTIV اليوم لتبدأ العمل في مشروع BCI الخاص بك. انضم إلى مجتمع المبتكرين والباحثين الذين يشكلون مستقبل تفاعل الإنسان مع التكنولوجيا باستخدام تقنية BCI.

انضم إلى مجتمع المطورين لدينا

شارك مشاريع BCI الخاصة بك معنا! ضع علامة #EMOTIV على وسائل التواصل الاجتماعي أو أرسل بريدًا إلكترونيًا إلىhello@emotiv.com.

تحتاج إلى المزيد من المساعدة؟ تواصل معنا

المراجع

1. Y. Sun وآخرون، “اكتساب إشارة واجهة الدماغ-الكمبيوتر: استعراض منظور تقاطع الطب والهندسة”، البحث الأساسي، أبريل 2024، doi: 10.1016/j.fmre.2024.04.011. متاح: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559

2. P. S. Reif، A. Strzelczyk، و F. Rosenow، “تاريخ التقييم EEG الجراحي في مرضى الصرع”، الهزة، المجلد 41، ص. 191–195، أبريل 2016، doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006.

3. إدارة الأجهزة والأشعة الصحية، “الأجهزة المزروعة للواجهة الدماغ-الكمبيوتر (BCI) للمرضى الذين يعانون من شلل أو بتر - اعتبارات الاختبار غير السريري والسريري”، 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 وآخرون، “التحفيز العميق للدماغ المستجيب الموجه بواسطة علم الفسيولوجيا الكهربائية للبطين السفلي من الضمير يحسن الالتزام بشكل دائم”، Neuron، المجلد 112، العدد 1، ص. 73-83.e4، يناير 2024، doi: 10.1016/j.neuron.2023.09.034.

5. “Neuralink على X: 'لقد تلقينا تصنيف جهاز متفوق من FDA لتمكين الرؤية. انضم إلينا في سعينا لإعادة البصر لأولئك الذين فقدوه. تقدم لتسجيل المرضى والفرص المتاحة على صفحة الوظائف لدينا https://t.co/abBMTdv7Rh’ / X”، X (سابقًا تويتر). 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، و D.-R. Chebat، “الواجهات الدماغية للآلات لمساعدة المكفوفين”، الواجهة الأمامية في علوم الأعصاب الإنسانية، المجلد 15، فبراير 2021، doi: 10.3389/fnhum.2021.638887.

7. P. Mitchell وآخرون، “تقييم سلامة واجهة الدماغ-الكمبيوتر المزروعة بالكامل للتفاعلات الدماغية المفسوخة في 4 مرضى”، JAMA Neurology، المجلد 80، العدد 3، ص. 270، مارس 2023، doi: 10.1001/jamaneurol.2022.4847.

8. Q. He وآخرون، “السديم الدماغي: واجهة دماغ-الكمبيوتر قليلة التدخل عن طريق تسجيل والتحفيز العصبي عن طريق الأوعية الدموية”، مجلة الجراحة العصبية التداخلية، ص. jnis-021296، فبراير 2024، doi: 10.1136/jnis-2023-021296.

9. R. P. N. Rao، “واجهات الدماغ-الكمبيوتر نصف المتطفلة”، في كتب اليكترونية عن جامعة كامبريدج، 2013، ص. 149–176. doi: 10.1017/cbo9781139032803.012.

10. J. Sabio، N. S. Williams، G. M. McArthur، و N. A. Badcock، “مراجعة نطاقية لاستخدام أجهزة EEG للمستهلكين لأغراض البحث”، bioRxiv (معمل كولد سبرينج هاربور)، ديسمبر 2022، doi: 10.1101/2022.12.04.519056.

11. D. Pawuś و S. Paszkiel، “تحكم الكرسي المتحرك بـ BCI باستخدام نظام خبير يصنف إشارات EEG بناءً على تقدير طيف الطاقة واكتشاف التشنجات العصبية”، العلوم التطبيقية، المجلد 12، العدد 20، ص. 10385، أكتوبر 2022، doi: 10.3390/app122010385.