التحكم في الأيدي الاصطناعية بدقة أكبر بقوة الفكر

التحكم في الأيدي الاصطناعية بدقة أكبر بقوة الفكر
لقد طور الباحثون في مركز الرئيسيات الألماني ـ معهد لايبنتز لأبحاث الرئيسيات في جوتنجن ـ بروتوكول تدريب جديد لواجهات الدماغ والحاسوب في دراسة أجريت على قرود الريسوس. وتتيح هذه الطريقة التحكم الدقيق في الأيدي الاصطناعية باستخدام إشارات من الدماغ وحده. وللمرة الأولى، تمكن الباحثون من إظهار أن الإشارات العصبية التي تتحكم في أوضاع اليد المختلفة في الدماغ مهمة في المقام الأول لهذا التحكم، وليس الإشارات التي تتحكم في سرعة الحركة كما افترضنا من قبل. وتعتبر النتائج ضرورية لتحسين التحكم الدقيق في الأطراف الاصطناعية العصبية، وهو ما قد يعيد للمرضى المشلولين بعض أو كل قدرتهم على الحركة.

إن حمل أكياس التسوق، وسحب الخيط إلى عين الإبرة ـ قبضات القوة والدقة تشكل جزءاً من حياتنا اليومية. لا ندرك أهمية أيدينا (وعظمتها) إلا عندما لا نستطيع استخدامها، على سبيل المثال بسبب الشلل النصفي أو أمراض مثل التصلب الجانبي الضموري، والتي تسبب شللًا عضليًا تدريجيًا.

من أجل مساعدة المرضى، كان العلماء يبحثون في الأطراف الاصطناعية العصبية لعقود من الزمان. يمكن لهذه الأيدي أو الأذرع أو الأرجل الاصطناعية أن تعيد للأشخاص ذوي الإعاقة قدرتهم على الحركة. يتم ربط الوصلات العصبية التالفة عبر واجهات الدماغ والحاسوب التي تفك شفرة الإشارات من الدماغ وتترجمها إلى حركات وبالتالي يمكنها التحكم في الطرف الاصطناعي. ومع ذلك، حتى الآن، كانت الأطراف الاصطناعية لليد على وجه الخصوص تفتقر إلى المهارات الحركية الدقيقة اللازمة لاستخدامها في الحياة اليومية.

يقول أندريس أجوديلو تورو، العالم في مختبر علم الأعصاب في مركز الرئيسيات الألماني والمؤلف الأول للدراسة: “يعتمد مدى نجاح الطرف الاصطناعي في المقام الأول على البيانات العصبية التي تقرأها واجهة الكمبيوتر التي تتحكم فيه”. “ركزت الدراسات السابقة حول حركات الذراع واليد على الإشارات التي تتحكم في سرعة حركة الإمساك. أردنا معرفة ما إذا كانت الإشارات العصبية التي تمثل أوضاع اليد قد تكون أكثر ملاءمة للتحكم في الأطراف الاصطناعية العصبية.”

في الدراسة، عمل الباحثون مع قرود الريسوس (Macaca mulatta). مثل البشر، لديهم نظام عصبي وبصري متطور للغاية بالإضافة إلى مهارات حركية دقيقة واضحة. هذا يجعلها مناسبة بشكل خاص للبحث في حركات الإمساك.

للتحضير للتجربة الرئيسية، درب العلماء قردين ريسوس لتحريك يد افتراضية على شاشة. خلال مرحلة التدريب هذه، قامت القرود بأداء حركات اليد بأيديهم بينما رأوا في نفس الوقت الحركة المقابلة لليد الافتراضية على الشاشة. سجل قفاز البيانات المزود بأجهزة استشعار مغناطيسية، والذي ارتداه القرود أثناء المهمة، حركات أيدي الحيوانات.

بمجرد أن تعلمت القرود المهمة، تم تدريبها على التحكم في اليد الافتراضية في الخطوة التالية من خلال “تخيل” القبضة. تم قياس نشاط مجموعات من الخلايا العصبية في مناطق الدماغ القشرية المسؤولة بشكل خاص عن التحكم في حركات اليد. ركز الباحثون على الإشارات التي تمثل أوضاع اليد والأصابع المختلفة، وقاموا بتكييف خوارزمية واجهة الدماغ والحاسوب، والتي تترجم البيانات العصبية إلى حركة، في بروتوكول مماثل.

يوضح أندريس أجوديلو تورو: “بالانحراف عن البروتوكول الكلاسيكي، قمنا بتكييف الخوارزمية بحيث لا يكون هدف الحركة مهمًا فحسب، بل وأيضًا كيفية الوصول إلى هناك، أي مسار التنفيذ. أدى هذا في النهاية إلى النتائج الأكثر دقة”.

ثم قارن الباحثون حركات يد الصورة الرمزية ببيانات اليد الحقيقية التي سجلوها سابقًا وتمكنوا من إظهار أن هذه الحركات تم تنفيذها بدقة مماثلة.

يقول هانزجورج شيربرجر، رئيس مختبر علم الأعصاب والمؤلف الرئيسي للدراسة: “في دراستنا، تمكنا من إظهار أن الإشارات التي تتحكم في وضع اليد مهمة بشكل خاص للتحكم في الطرف الاصطناعي العصبي”. “يمكن الآن استخدام هذه النتائج لتحسين وظائف واجهات الدماغ والحاسوب المستقبلية وبالتالي تحسين المهارات الحركية الدقيقة للأطراف الاصطناعية العصبية.”