شرکت بلک راک نوروتک؛ از اولین سامانه BCI تا به امروز

همان طور که در نوشتار قبلی به ساختار کلی سامانۀ BCI تهاجمی اشاره شد، بخش مهمی از این ساختار به شیوۀ ثبت فعالیت نورونی، ابزار و دقت آن وابسته است. استفاده از آرایۀ الکترودی یوتا (Utah array electrode) استاندارد طلایی در مطالعات علوم اعصاب است. طراحی و کاربرد این الکترودها در اواخر قرن بیستم میلادی در دانشگاه Utah پایه گذاری شد و پس از آن  ابزار اصلی ثبت فعالیت نورونی در مقیاس تک نورون یا جمعیت نورونی شد. با گسترش مطالعات حوزۀ علوم اعصاب و سامانۀ واسط مغز و رایانه در سال های  ۲۰۰۲  میلادی پژوهشکده ای با نام BrainGate متشکل از آزمایشگاه های چندین دانشگاه پیشرو در این حوزه ایجاد شد که پایۀ اساسی تمام این مطالعات استفاده از الکترودهای Utah بوده است.

شرکت بلک راک نوروتک از دل این تحقیقات دانشگاهی با محوریت طراحی و ساخت الکترودها و دستگاه های ثبت فعالیت نورونی در سال 2006 میلادی پایه گذاری شد. این شرکت در همان سال مقاله ای منتشر کرد که نتایج نخستین نمونۀ سامانۀ تهاجمی BCI برای انسان را گزارش می‌ کرد (۱). این نتایج سرآغاز سلسله مطالعات گسترده ای دربارۀ استفاده از این سامانه ها برای توانبخشی بیماران شد. کارگذاری این الکترودها در بافت مغز نیازمند جراحی های تخصصی، پرخطر و با هزینۀ بالا است از این رو تاکنون کاشتن این الکترودها در بیماران قطع نخاعی، ALS و بیماران سندروم قفل شدگی صورت گرفته است. هرکدام از الکترودهای کاشته شده از طریق یک پورت در جمجمه به کابلی متصل هستند که به عنوان منبع انرژی و انتقال دهندۀ دادۀ نورونی عمل می کند. شرکت بلک راک نوروتک با این رویکرد دو هدف کلی را در توسعۀ سامانه های BCI در نظر دارد: سامانه های ارتباطی و سامانه های کمکی.

(۱)سامانه های ارتباطی عموماً برای افرادی طراحی شده اند که توانایی صحبت‌کردن را به دلایلی مانند فلج یا سکته از دست داده اند؛ به عنوان مثال یک سامانۀ BCI توسعه یافته که با رمزگشایی از سیگنال قشر مغزی کلمات موردنظر فرد را استخراج کرده و روی صفحه نمایشگر نشان دهد(2). در رویکرد دوم سامانه های کمکی میت وانند استقلال فرد را در انجام امور شخصی فراهم آورند. برای مثال نوعی از سامانه های BCI طراحی و ساخته شده اند تا فرد با کمک بازوی رباتیک بتواند حرکات پیچیده یا ظریفی مثل جا به جا کردن اجسام یا غذا خوردن با چاقو و چنگال را به تنهایی انجام دهد (3).  این سامانه ها به نوعی جایگزین مسیرهای آسیب دیدۀ عصبی مانند نخاع می شوند و پیام های مغزی را به اعصاب محیطی و یا دنیای خارج منتقل می کنند.

این شرکت با پیشینۀ غنی در تحقیقات علمی و ساخت سخت افزار موردنیاز برای ثبت و آنالیز داده توانسته است تا کنون بیش از 30مورد از بیماران را به این سامانه ها مجهز کند. با این حال هزینه و ریسک بالای کاشت این الکترودهای مغزی در کنار طول عمر نسبتاً محدود آنها (طول عمر بین 5 تا 7 سال) سبب شده که محققین به دنبال سازکارهایی برای ارتقای این سامانه ها باشند. سولزباکر (موسس و مدیرعامل شرکت بلک راک نوروتک) امیدوار است نشان دهد که چگونه می توان زندگی مردم را بهبود بخشید. او در مصاحبه ای می گوید: «ما از بهبود 5، 10 یا 30 درصدی کارایی صحبت نمی کنیم. مردم می توانند کاری را انجام دهند که قبلاً نم یتوانستند.» همچنین این شرکت خبر داده که در حال توسعۀ BCI بی ‌سیم کاملاً قابل کاشت است که استفاده از آن آسان ‌تر بوده و نیاز به داشتن پورت در جمجمۀ کاربر ندارد. « ما پیش‌بینی می کنیم اولین پلتفرم تجاری خود، MoveAgain، را در سال 2022 به FDA ارائه کنیم. کوچک‌ سازی فناوری و اصلاح الگوریتم ها و نرم‌افزارهای پیشانه (frontend)  ادامه خواهد یافت، در حالی که ما روی افزایش قابلیت های عملکردی در زمینه ‌هایی مانند افسردگی و درمان درد کار می کنیم. روشهای جراحی نیز کمتر تهاجمی (بسته به مورد استفاده)، کارآمدتر و خودکار می شوند. ما شاهد خواهیم بود که مراکز بالینی بیشتری این راه حل ها را ارائه می دهند و بیمۀ سلامت استانداردهایی دربارۀ بازپرداخت های مربوط به این شیوه به دست خواهد داد . همۀ این نقاط عطف زمینه‌ساز هدف نهایی ما برای بیرون آوردن این فناوری از آزمایشگاه و ورود آن به زندگی روزمرۀ بیماران می شود.»

در بخش سوم این نوشتار که با فاصله کوتاهی از انتشار این بخش در کانال های ارتباطی آزمایشگاه ملی نقشه برداری مغز انتشار خواهند یافت، به ایده های دو شرکت دیگر نورالینک و سینکرون و مقایسه ی رویکرد این سه شرکت خواهیم پرداخت.

منابع:

1. Hochberg, L. R., Serruya, M. D., Friehs, G. M., Mukand, J. A., Saleh, M., Caplan, A. H., ... & Donoghue, J. P. (2006). Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia. Nature, 442(7099), 164-171.
   
   
2. Moses, D. A., Metzger, S. L., Liu, J. R., Anumanchipalli, G. K., Makin, J. G., Sun, P. F., ... & Chang, E. F. (2021). Neuroprosthesis for decoding speech in a paralyzed person with anarthria. New England Journal of Medicine, 385(3), 217-227.
   
   
3. Handelman, D. A., Osborn, L. E., Thomas, T. M., Badger, A. R., Thompson, M., Nickl, R. W., ... & Tenore, F. V. (2022). Shared Control of Bimanual Robotic Limbs With a Brain-Machine Interface for Self-Feeding. Frontiers in Neurorobotics, 140.
   
   
4. https://www.medgadget.com/2022/07/brain-computer-interfaces-at-home-interview-with-dr-solzbacher-of-blackrock-neurotech.html
   
   

تهیه شده توسط کارگروه مهندسی عصبی

شاخه دانشجویی نقشه برداری مغز ایران

مدیریت ترویج و آموزش

جستجو و ترجمۀ مطلب: ساجده آقابابایی (دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عصبی-شناختی دانشگاه علم و صنعت ایران)

ویرایش متن: بهروز طهماسبی دهکردی، دبیر کارگروه مهندسی عصبی