مرز بعدی فیس‌بوک: رابط مغز با کامپیوتر

• تیم نیومن
• ترجمه هامیک رادیان

تیم توسعۀ تکنولوژی فیس‌بوک در حال حاضر مشغول کار بر روی روشی است که کاربران را قادر می‌سازد تا بتوانند افکار خود را تایپ کنند، بی‌آنکه نیازی به انجام هر گونه ایمپلنت تهاجمی باشد. به روز کردن دستگاه‎ها با تفکر صرف ممکن است روزی به حقیقت تبدیل شود.
60 تیم قوی این رسانۀ اجتماعی امیدوار است این شاهکار معجزه‎وار را با استفاده از تصویربرداری بهینه‎ای انجام دهد که در هر ثانیه صدها بار مغز را اسکن و مکالمات خاموش درونی ما را کشف می‌کنند و آنها را به زبان نوشتار روی صفحۀ نمایش می‎آورند.
محققان فیس‌بوک امیدوارند که این تکنولوژی در نهایت بتواند به کاربر امکان دهد تا در هر دقیقه 100 کلمه تایپ کند - یعنی پنج بار سریع‎تر از تایپ روی صفحۀ نمایش تلفن‎های همراه.
اگر این نوآوری صورت گیرد، برای آیندۀ فیس‌بوک شگفت‎انگیز خواهد بود. در هر حال، این دستاورد برای مردمی که امکان استفادۀ کامل از اندام‎های بدن خود را ندارند دارای تبعاتی عمیق خواهد بود.
رابط مغز با کامپیوتر (BCIs) که به کاربران امکان تایپ افکارشان را می‎دهد هم‌اکنون در دسترس است، اما این فناوری یا کند است یا نیازمند استفاده از سنسورهایی است که باید در مغز کاشته شوند. این روند پرهزینه و مخاطره‎آمیز است، و احتمال انطباق با آن در میان گروه‌های انبوه مردم غیر محتمل است.
اگر آنچه تایپ مغز نامیده می‌شود بتواند بدون نیاز به ایمپلنت‎های اجباری کامل گردد، یک عنصر تغییر دهندۀ نبوغ‎آمیز وارد بازی خواهد شد که میزبان طیف گسترده‎ای از برنامه‎های کاربردی خواهد بود.

BCIs، اکنون و بعد
نخستین گام به سمت توسعۀ BCIs با کشف هانس برگر / Hans Berger در مورد فعالیت الکتریکی مغز برداشته شد. هر بار که سلول عصبی فرد پیامی می‌فرستد، این پیام با یک پیام الکتریکی کوچک که عصب به عصب منتقل می‌شود همراه است.
این پیام الکتریکی را می‎توان به واسطۀ الکتروانسفالوگرام (EEG) در خارج از محیط جمجمه دریافت کرد. برگر نخستین کسی بود که فعالیت مغز را با استفاده از EEG ثبت کرد، و او این کار را در حدود یک قرن پیش یعنی در سال 1924 انجام داد.
تیم "رابط مغز با کامپیوتر" در دهۀ هفتاد تشکیل شد، در مقاله‌ای که دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا - لس آنجلس (UCLA) انتشار دادند. تحقیق از سوی ژاک وایدال / Jacques Vidal که اکنون پدر BCI قلمداد می‌شود رهبری شد.
ژاک وایدال، در "به سوی ارتباط مستقیم کامپیوتر با مغز" در سال 1973 می‌گوید: "آیا این پیام‌های الکتریکی قابل مشاهدۀ مغز را می‌توان به عنوان حامل اطلاعات ارتباط میان مغز و کامپیوتر یا به منظور کنترل دستگاه‎های خارجی نظیر دستگاه‌های پروتز یا سفینه‌های فضایی مورد استفاده قرار داد؟"
البته مطالعات جانوری نخستین ایستگاه تحقیق در مورد BCIs بودند. تحقیقات اواخر دهه 1960 و اوایل دهه 1970 ثابت کرد که میمون‌ها می‎توانند در صورت دریافت پاداش، کنترل دامنۀ شلیک نورون‎های واحد یا گروهی از نورون‎ها را در قشر محرک اولیۀ مغز بیاموزند. مشابهاً با استفاده از عامل شرطی‌سازی، سگ‌ها توانستند خود را برای کنترل ضربآهنگ هیپوتالاموس خود تربیت کنند. این مطالعات اولیه نشان دادند که خروجی الکتریکی مغز را می‎توان اندازه‌گیری و دستکاری کرد. در طول دو دهۀ اخیر موجی از علاقه به BCIs به راه افتاده است. هنوز راه درازی در پیش رو قرار دارد اما موفقیت‌های برجسته‎ای نیز به دست آمده است.
در BCIs مدرن، مایۀ محصول تجربه یک سیستم طراحی شده توسط دانشگاه استنفورد است. دو ایمپلنت هم‌اندازۀ قرص آسپیرین به درون مغز فرد فرستاده می‌شود، که نمودار کورتکس موتور (محرک) را - ناحیه‎ای در مغز که عضلات را کنترل می‎کند - ترسیم می‎نماید. سپس الگوریتم‌ها این فعالیت را تفسیر و آن را به صورت خطوط مواج بر روی صفحۀ نمایش ترسیم می‌کنند.
در یک مطالعۀ جدید، یک نمونه توانست 39 کاراکتر (حدود 8 کلمه) در دقیقه تایپ کند. کریشنا شنوی / Krishna Shenoy یکی از نویسندگان ارشد مطالعه می‌گوید: این مطالعه بالاترین سرعت و دقت را توسط یک عامل سوم، بیش از آنچه پیشتر نشان داده شده است گزارش می‌دهد."

تهاجمی، نیمه تهاجمی، و غیر تهاجمی
به طور کلی BCIs مدرن به سه گروه تقسیم می‌شود. این گروه‌ها عبارتند از:
• BCIs تهاجمی: ایمپلنت‎ها مستقیماً در مغز جاگذاری می‌شوند. نرم‌افزار برای تفسیر فعالیت مغز برنامه‌ریزی شده است. برای مثال، مکان‌نمای کامپیوتر توسط افکار مغز نمونه برای حرکت به سمت "چپ"، "راست"، "بالا" و "پایین" کنترل می‌شود. با تمرین کافی، کاربر می‌تواند اشکالی روی صفحه ترسیم کند، کنترل تلویزیون را انجام دهد و برنامه‎های کامپیوتر را باز کند.
• BCIs نیمه تهاجمی: این نوع دستگاه در محدودۀ جمجمه کاشته می‌شود اما بر روی سطح خود مادۀ خاکستری مغز نمی‌نشیند. اگرچه این روش به اندازۀ روش اول تهاجمی نیست، ایمپلنت‎هایی که در درازمدت در محیط جمجمه قرار داشته باشند به ایجاد جراحات در مادۀ خاکستری مغز منجر می‌شوند که در نهایت راه دریافت پیام‎ها را سد کرده و آنها را به صورت غیر قابل استفاده درمی‎آورد.
• BCIs غیر تهاجمی: این مورد نیز از همان اصول پیشین تبعیت می‌کند، اما نیازمند جراحی ایمپلنت نیست و بنابراین بیشترین تحقیقات را به خود اختصاص داده است.
از میان انواع BCIs غیر تهاجمی، رایج‎ترین نوع آن BCIs مبتنی بر الکتروانسفالوگرافی است. این روش فعالیت الکتریکی مغز را در خارج از بدن مورد خوانش قرار می‎دهد. در هر حال، از آنجا که جمجمه پیام‎های الکتریکی را به شکل قابل ملاحظه‎ای متفرق و پراکنده می‎کند، دقیق ساختن آنها یک چالش واقعی است. در کنار این مشکل، الکتروانسفالوگرام‎ها پیش از هر بار استفاده نیاز به کالیبراسیون (پیمایش) مختصری دارند. گفته می‌شود که در طول سال‌های اخیر گام‌های قابل ملاحظه‌ای رو به جلو برداشته شده است.
برای مثال، برخی محققان اخیراً در مورد BCIs به عنوان راهی برای کمک به افراد دچار اسکلروز جانبی آمیوتروفیک و سکتۀ مغزی بنیادی تحقیقاتی انجام داده‌اند. این بیماران ممکن است "در قید" شوند که به این معنی است که کاربرد عضلات ارادی خود را از دست می‌دهند و بر این مبنا راهی برای ایجاد ارتباط ندارند، علی‎رغم آنکه از نظر شناختی "نرمال" محسوب می‌شوند.
مطالعات محققان آنها را به این جمع‌بندی رسانیده است که کاربرد BCI شاید مفید فایده برای این گروه از بیماران باشد.

BCIs غیر تهاجمی چگونه کار می‌کنند؟
تکنولوژی BCI مبتنی برای کشف فعالیت الکتریکی ناشی از مغز و تبدیل آن به عمل خارجی است. در هر حال از میان صداهای درهم و برهم عصبی، به کدام پیام‎ها باید توجه کرد؟
تعدادی از انواع پیام‎ها هست که BCIs غیر تهاجمی به کار می‌برند که از میان آنها پتانسیل مرتبط به رویداد P300 بیشترین محبوبیت را دارد.
پتانسیل مرتبط به رویداد یک پاسخ قابل اندازه‌گیری مغز به یک محرک مشخص است - به ویژه P300 در طول فرآیند تصمیم‌گیری ایجاد می‌شود و معمولاً به صورت آزمایشی با استفاده از پارادیم‌های موسوم به عجیب و غریب استخراج شده است.
در پارادیم‌های عجیب و غریب، به نمونه‎ها طیفی از سمبل‌ها، که یک به یک جلو چشم نمونه ظاهر می‌شود، ارائه می‌گردند.
از نمونه‌ها خواسته می‌شود در جستجوی یک سمبل خاص باشند که صرفاً به ندرت در مجموعه ظاهر می‌شود. وقتی نماد یا سمبل هدف توسط نمونه مشخص شد، این عمل باعث تحریک یک موج P300 می‌شود.
پس از آزمون‎های بسیار، تمیز دادن P300 از دیگر پیام‎های الکتریکی ممکن می‌شود. آسان‎ترین راه برای مشاهدۀ آن به واسطۀ موج ناشی از لوب آهیانه است، بخشی از مغز که به نوبۀ خود مسؤول یکپارچه کردن اطلاعات حسی است.
وقتی یک الگوریتم برای شناسایی P300 فرد ایجاد شد، این الگوریتم می‎تواند در ادامۀ راه آنچه را نمونه در جستجوی آن است درک کند. برای مثال، اگر کاربر در حال تایپ یک کلمه است و مایل است که آن را با حرف "الف" شروع کند، وقتی که حرف مزبور بر روی صفحۀ نمایش ظاهر می‌شود، یک P300 توسط مغز تولید می‌گردد، نرم‌افزار آن را تشخیص می‌دهد، و حرف "الف" روی صفحه تایپ می‌شود.
در مقایسه با دیگر روش‎های مشابه، انواع P300 نسبتاً سریع بوده و به آموزش کمتری نیاز دارند (ساعت‎ها و نه روزها)، و برای بیشتر کاربران کارآیی دارند.
در هر حال هنوز کمبودهایی هست. از آنجا که سیستم نیاز دارد تا پاسخ به کاراکترهای شخص را بداند، مجبور است پیش از آنکه کاراکتر درست را پیدا کند، وارد یک فهرست شود. این بدان معنی است که در مورد سرعت تایپ توسط فرد محدودیتی وجود دارد.
راه‌هایی برای به حداقل رساندن این زمان انتظار هست، اما این زمان هنوز طولانی‌تر از چیزی است که محققان (و کاربران) بدان علاقمند هستند.

فیس‌بوک چه زمانی به 100 کلمه در دقیقه می‌رسد؟
برای ایجاد سیستمی که بتواند ده‌ها کلمه را در دقیقه تایپ کند، به گام تازه‎ای در این فرآیند نیاز است - در واقع، یک رویکرد کاملاً تازه ضروری است، و این همان چیزی است که فیس‌بوک در حال کار بر روی آن است.
"اخبار پزشکی امروز" با دکتر مایکل ام. مرزنیک / Michael M. Merzenich، دبیر علمی ادارۀ علوم فرضی و محقق همکار در اختراع کاشت حلزون صحبت کرد. از او سؤال شد که فیس‌بوک چگونه از کنار این مسأله عبور خواهد کرد و وی در پاسخ گفت، "فیس‌بوک در مورد استفاده از تکنولوژی تصویربرداری نزدیک به نور مادون قرمز بحث کرده است." با این تکنولوژی، هر کلمه با یک بار رفتن به دست خواهد آمد تا اینکه حرف به حرف هجی شود.
البته این کار مشکلات خاص خود را به همراه دارد. دکتر مرزنیک اضافه می‎کند:
"اگرچه خیلی آسان است که کلمۀ "شیر" را در برابر "ببر" تایپ کرد و شفاف بود، این موضوع کمی دشوارتر خواهد بود که یک تکنولوژی تصویربرداری غیر تهاجمی مغز داشته باشیم که بتواند تفاوت‎های لحظه‌ای فعالیت مغز را که ممکن است دارای اختلاف‎های کوچکی در یک چنین دسته‌بندی باشد، کشف کند."
"فکر کردن به کلمۀ "شیر" و کلمۀ "ببر" شبکه‌های فعالیت مغزی بسیار مشابه و دارای همپوشانی را در اغلب مردم فعال می‌کند"
آشکار است که هنوز کار زیادی برای انجام دادن وجود دارد، اما دکتر مرزنیک اطمینان دارد که این کار در نهایت عملی خواهد بود. او اضافه می‌کند:
"بهترین دلگرمی استفاده از تکنیک هوش مصنوعی است - تکنیک‎های آموزشی عمیق - که به تدریج یاد می‎گیرند که بدانند الگوهای فعالیت مغز هر فرد دارای جنبه‌های شخصی است."
"من فکر می‌کنم که به این طریق احتمال دارد تا مردم به طور شخصی سیستم‌های خوانش ذهن خود را پرورش دهند، و آن سیستم‌ها به صورت شخصی با خود آنها هماهنگ خواهد شد و به شکل آنی قابل انتقال به افراد دیگر نخواهد بود. در واقع، مردم با استفاده از این سیستم‌ها احتمالاً مغز خود را پرورش خواهند داد تا پیام‌های خوانش‌پذیر بهینه برای این سیستم‌ها تولید کند. به این طریق، این سیستم‌ها کاربرد دیگری از انعطاف‌پذیری مغز را نمایندگی خواهند کرد - قابلیت مغز برای تغییر خود از طریق تعلیم."
این همه به راه دوری اشاره دارد، اما فیس‌بوک خود را متعهد می‌داند. آنها قدرت تحقیق خود را با شماری از تحقیقات انجام شده در سراسر ایالات متحد تلفیق می‎کنند. آیندۀ BCIs روشن به نظر می‌رسد، و اگر آنها به هدف 100 کلمه در دقیقه دست پیدا کنند، این خیزش بزرگی برای میلیون‎ها انسانی خواهد بود که از برقراری ارتباط آسان با دیگران ناتوان هستند.