دراسة جديدة عن الإيماءات باليد تكشف عقلك

مصر:ايهاب محمد زايد

أظهرت دراسة جديدة أن التصوير غير الباضع للدماغ يمكن أن يميز بين إيماءات اليد

خوذة استشعار MEG

يشير البحث الجديد ، الذي استخدم التعلم الآلي وتقنية غير جراحية تسمى تخطيط الدماغ المغناطيسي (MEG) ، إلى واجهة آمنة ودقيقة بين الدماغ والحاسوب والتي قد تساعد في النهاية المرضى الذين يعانون من الشلل والتحديات الأخرى. تظهر هنا خوذة MEG المزودة بمستشعر 306 والتي تكتشف نشاط أعصاب الدماغ عن طريق قياس المجال المغناطيسي.

توصل باحثون من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو إلى طريقة للتمييز بين إيماءات اليد التي يقوم بها الأشخاص من خلال فحص البيانات فقط من التصوير غير الجراحي للدماغ ، دون الحصول على معلومات من الأيدي نفسها. النتائج هي خطوة مبكرة في تطوير واجهة غير جراحية بين الدماغ والحاسوب والتي قد تسمح يومًا ما للمرضى المصابين بالشلل أو الأطراف المبتورة أو التحديات الجسدية الأخرى باستخدام عقولهم للتحكم في جهاز يساعد في المهام اليومية.

يمثل البحث ، الذي نُشر على الإنترنت قبل طباعته في مجلة Cerebral Cortex في 13 مايو 2023 ، أفضل النتائج حتى الآن في التمييز بين إيماءات اليد الواحدة باستخدام تقنية غير باضعة تمامًا ، في هذه الحالة ، تخطيط الدماغ المغناطيسي (MEG).

قال كبير مؤلفي البحث مينجكسيونج هوانج ، الحاصل على درجة الدكتوراه ، والمدير المشارك لمركز MEG في معهد كوالكوم بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو: “كان هدفنا هو تجاوز المكونات الغازية”. هوانغ أيضًا تابع لقسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في كلية الهندسة بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو جاكوبس وقسم الأشعة في كلية الطب بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو ، بالإضافة إلى نظام شؤون المحاربين القدامى (VA) في سان دييغو للرعاية الصحية. “يوفر MEG خيارًا آمنًا ودقيقًا لتطوير واجهة بين الدماغ والحاسوب يمكن أن تساعد المرضى في النهاية.”

أكد الباحثون على مزايا MEG ، التي تستخدم خوذة مع مصفوفة 306 مجسات لاكتشاف المجالات المغناطيسية التي تنتجها التيارات الكهربائية العصبية التي تتحرك بين الخلايا العصبية في الدماغ. تشمل التقنيات البديلة للواجهة بين الدماغ والحاسوب تخطيط كهربية القلب (ECoG) ، والذي يتطلب غرسًا جراحيًا للأقطاب الكهربائية على سطح الدماغ ، وتخطيط كهربية فروة الرأس (EEG) ، والذي يحدد نشاط الدماغ بشكل أقل دقة.

قال مؤلف مشارك في الدراسة Roland Lee ، MD ، مدير مركز MEG في معهد UC San Diego Qualcomm ، أستاذ فخري في الأشعة في كلية الطب بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو ، وطبيب في نظام الرعاية الصحية في سان دييغو. “لا بد لي من وضع خوذة MEG على رؤوسهم. لا توجد أقطاب كهربائية يمكن أن تنكسر أثناء الزرع داخل الرأس ؛ لا توجد جراحة دماغية باهظة الثمن وحساسة ؛ لا يوجد التهابات دماغية محتملة “.

يشبه لي سلامة جهاز MEG بقياس درجة حرارة المريض. “يقيس MEG الطاقة المغناطيسية التي يبديها دماغك ، مثل مقياس الحرارة الذي يقيس الحرارة التي يطفئها جسمك. وهذا يجعلها غير جراحية وآمنة تمامًا “.

قيمت الدراسة الحالية القدرة على استخدام MEG للتمييز بين إيماءات اليد التي قام بها 12 متطوعًا. تم تجهيز المتطوعين بخوذة MEG وتم توجيههم بشكل عشوائي للقيام بإحدى الإيماءات المستخدمة في لعبة Rock Paper Scissors (كما في الدراسات السابقة من هذا النوع). تم تركيب المعلومات الوظيفية لـ MEG على صور التصوير بالرنين المغناطيسي ، والتي قدمت معلومات هيكلية عن الدماغ.

لتفسير البيانات التي تم إنشاؤها ، ييفنغ (“تروي”) بو ، حاصل على دكتوراه في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات. كتب طالب في كلية الهندسة بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو جاكوبس والمؤلف الأول للورقة ، نموذجًا تعليميًا عميقًا عالي الأداء يسمى MEG-RPSnet.

قال بو: “الميزة الخاصة لهذه الشبكة هي أنها تجمع بين السمات المكانية والزمانية في آنٍ واحد”. “هذا هو السبب الرئيسي في أنها تعمل بشكل أفضل من الطرز السابقة.”

عندما ظهرت نتائج الدراسة ، وجد الباحثون أنه يمكن استخدام تقنياتهم للتمييز بين إيماءات اليد بدقة تزيد عن 85٪. كانت هذه النتائج قابلة للمقارنة مع تلك الدراسات السابقة ذات حجم عينة أصغر بكثير باستخدام واجهة ECoG الغازية بين الدماغ والحاسوب.

في الدراسة ، تم تجهيز المتطوعين بخوذة MEG وتم توجيههم بشكل عشوائي للقيام بإحدى الإيماءات المستخدمة في لعبة Rock Paper Scissors. قام نموذج التعلم العميق عالي الأداء بتفسير بيانات MEG ، والتمييز بين إيماءات اليد بدقة تزيد عن 85 ٪.

وجد الفريق أيضًا أن قياسات MEG من نصف مناطق الدماغ التي تم أخذ عينات منها فقط يمكن أن تولد نتائج بفقدان ضئيل (2-3٪) للدقة ، مما يشير إلى أن خوذات MEG المستقبلية قد تتطلب عددًا أقل من أجهزة الاستشعار.

استشرافًا للمستقبل ، أشار بو ، “هذا العمل يبني أساسًا لتطوير واجهة الدماغ والحاسوب المستندة إلى MEG في المستقبل.”

تم دعم العمل جزئيًا من خلال منح مراجعة الجدارة من وزارة شؤون المحاربين القدامى الأمريكية ، وبرنامج التطوير الطبي المتقدم لمركز الأبحاث الطبية البحرية وبرامج البحوث الطبية الموجهة من قبل الكونغرس / وزارة الدفاع.