بررسی تکنولوژی رابط مغز و کامپیوتر (BCI)- روش های تصویربرداری مغز در BCI

0

در مقاله قبلی به معرفی اجمالی از رابط مغز و کامپیوتر BCI ، پرداختیم در این مقاله میخواهیم به بررسی انواع روشهای تصویربرداری از مغز بپردازیم . با تکینگی همراه باشید.

BCIها فکر کاربر را با استفاده از سیگنالها ی مغز دریافت میکنند. به همین جهت در مرحله ضبط سیگنال ، فعالیتهای مغز را اندازه گرفته  و اطلاعات سیگنالهای الکتریکی را جمع و ترجمه میکنند. فعالیتهای مغزی دو نوع است : الکتروفیزیولوژیک ، همودینامیک.

فعالیتهای الکتروفیزیولوژیک هنگام تبادل اطلاعات بین نورون ها توسط فرستنده های الکتروشیمایی ایجاد میشود . نورونها جریانی یونی در سراسر سلولهای عصبی ایجاد میکنند. مقدار زیادی از گذرگاه های فعلی مانند  رسانا ی دو قطبی از یک منبع به یک حفره از طریق تنه دندریتیک ، میتوانند ساده بشوند . این جریان های درون سلولی ؛ جریان اصلی شناخنه میشوند. حفاظت از بارهای الکتریکی بدان معنی است که جریان اصلی توسط جریان خارج سلولی، که جریان ثانویه شناخته می شود محصور شده است.فعالیتهای الکتروفیزیولوژیک توسط الکتروانسفالوگرافی،الکتروکورتیکوگرافی ، magnetoencephalography ، اکتساب سیگنالهای الکتریکی از سیگنالهای نوری ، اندازه گیری میشود.

پاسخ همودینامیک  پروسه ای در خون است که سلولهای فعال،گلوکز بیشتری نسبت به سلولهای غیرفعال دریافت میکنند. گلوکز و اکسیژن از طریق جریان خون به سلولهایی تحویل داده می شود که منجر به افزایش مقدار اکسی هموگلوبین در رگهای منطقه فعال می شود ، که این تغییر اندازه  تغییر ی قابل مشاهده نسبت  به اکسی هموگلوبین به دی اکسی هموگلوبین است . این تغییرات را می توان از طریق روشهای تصویربرداری مانند functional magnetic resonance و near infrared spectros دcopy اندازه گیری کرد. این روش؛ روشی غیرمستقیم شناخته میشود چراکه  اندازه گیری پاسخهای همودینامیک در مقابل فعالیت های الکتروفیزیولوژیک به طور مستقیم به فعالیتهای عصبی اشاره نمی کند.

اکثر BCI ها درحال حاضر اطلاعات مربوط به فعالیتهای مغز را از طریق الکتروانسفالوگرافی بدست می -آورند.با توجه به قدرت تفکیک زمانی بالا،هزینه نسبی پایین ، قابلیت حمل بالا ، ریسک کم برای کاربر ، الکتروانسفالوگرافی بطور گسترده ای جهت تصویربرداری عصبی استفاده می شود. BCI.  های مبتنی بر الکتروانسفالوگرافی از  مجموعه  سنسورهایی که قادر به کسب سیگنالهای الکتروانسفالوگرافی از مناطق مختلف مغز است ، تشکیل شده اند .با این حال ،کیفیت سیگنالهای الکتروانسفالوگرافی تحت تاثیر  نویزهای پس زمینه پوست سر ، جمجمه و لایه های دیگر قرار می گیرد. نویزها ،مانع الکتروانسفالوگرافی و دیگر روشهای تصویربرداری عصبی هستند، تا آنجا که باعث کاهش  SNR  می شوندو درنتیجه توانایی استخراج اطلاعات معنی دار از سیگنال های ثبت شده نیز کاهش می یابد.

روش غیرتهاجمی بر بیماران فلجی که کاملا یا تاحدودی دچار فلج شده بودند با موفقیت اجرا شد و آنها را تاحدودی به زندگی روزمره خود  و آنچه که از دست داده بودند ، باز گرداند. باوجود پیشرفت روز افزون ابزارهای غیرتهاجمی در BCI ها ، بهبود حرکتی به دلیل نیاز به سیگنالهای مغز با وضوح بالا محدود است .در تلاش برای بهبود کیفیت سیگنال های مغز برای مانیتورینگ BCI ها ، روشهای ضبط تهاجمی مانند electrocorticography و ضبط عصبی intracortical شناخته شده است . بیشتر پژوهشگران موافقند که بازسازی حرکت از طریق پروتز با چند درجه آزادی را تنها می توان از طریق روش های تهاجمی به دست آورد.بعید است که روش غیرتهاجمی در آینده نزدیک قدرت پیدا کند . بر این اساس، به نظر می رسد که روش تهاجمی برای کنترل دقیق neuroprosthesis   (پروتز های دستگاه عصبی )ضروری است.با این وجود ، این نظریه که روش تهاجمی بیشتر پیشرفت خواهد کرد یا غیر تهاجمی ، دانشمندان اختلاف نظر دارند و هنوز بطور کامل مشخص نیست . بر خلاف نظر بقیه دانشمندان، Wolpaw پیشنهاد کرد که عملکرد در کنترل چند بعدی،ممکن است مستقل از روش ضبط باشد.اصلاحات بعدی در تکنیکهای ضبط و آنالیز هم در روش تهاجمی، هم غیرتهاجمی احتمالا افزایش خواهد یافت . اگرچه  مطالعات کنترل  neuroprostheses نشان میدهد که روشهای تهاجمی از مزایای ذاتی در برنامه های کاربردی کنترل  neuroprostheses است .

در روش تهاجمی نیاز به ایمپلنتی از آرایه میکروالکترود داخل جمجمه است که شامل خطرات بهداشتی قابل توجه است، که استفاده از آنها به تنظیمات تجربی محدود میشود. در تحقیقات BCI دو روش تهاجمی داریم :روش اول  electrocorticography  که الکترود بر روی سطح قشر  یا بیرون دورا ماتر (Dura mater) در سر  (epidural electrocorticographY)   است و روش دوم زیر دوراماتر  که (subdural electrocorticography) ، نورونهای درون قشر توسط الکترودهای ایمپلیمنت درون قشر ضبط می شود.

پیش از آنکه این روش به برنامه های کاربردی طولانی مدت تبدیل شود باید به چند مسئله پرداخت . نخست، پذیرش بافت میکروالکترود است که باید به آن پرداخته شود، به همین دلیل طرح های پیشنهادی برای الکترودها با رسانه نوروتروپیک ارائه شده است که با رشد عصبی زیست -سازگاری بیشتری دارد. شاید در آینده نه چندان دور از فناوری نانو در ساخت ایمپلنتها استفاده شود تا بتوانند از روش تهاجمی به مدت طولانی تری استفاده کنند . دوم، ارتباط بین میکروالکترود و سخت افزار خارجی که با استفاده از فن آوری وایرلس که  لازم است خطرات ناشی از عفونت را کاهش دهد. انتقال بی سیم سیگنال های عصبی در حال حاضر در حیوانات تست شده است. و سوم، استرس مداوم ناشی از اتصال و قطع سیستم ضبط ممکن است به آسیب بافتی یا شکست سیستم منجر شود.

در جدول زیر ، روشهای تصویربرداری به همراه اطلاعات مربوط به فعالبت های اندازه گیری ، رزولوشن های زمانی و مکانی ، ایمنی و قابلیت حمل آنها را مشاهده کنید.

 

در مقاله بعدی روش تصویر برداری (Magnetoencephalography (MEG خواهیم پرداخت . با تکینگی همراه باشید.

ممکن است شما دوست داشته باشید بیشتر از نویسنده

دیدگاه بگذارید

اولین کسی باشید که یک دیدگاه ارسال میکند.

Notify of
avatar
wpDiscuz