کمک به درمان اختلالات مغزی با هوش مصنوعی

محققان دانشگاه تورنتو در حال ترکیب هوش مصنوعی و میکروالکترونیک برای ایجاد فناوری نوآورانه ای هستند که ایمن و موثر است. این گروه تحقیقاتی می خواهد از ایمپلنت های عصبی بر روی تراشه های سیلیکونی مینیاتوری مشابه تراشه های مورد استفاده در رایانه های امروزی استفاده کند.

بازیابی نورون ها

Xilin Liu، محقق ارشد و استادیار دپارتمان علوم و مهندسی کاربردی، می‌گوید: نورون‌ها از طریق سیگنال‌های الکتریکی با یکدیگر صحبت می‌کنند و یک ایمپلنت عصبی، مانند ضربان‌ساز، در موارد لرزش یا تشنج، تحریک الکتریکی برای مغز ایجاد می‌کند. در دانشگاه تورنتو تلاش می کند نورون ها را به حالت عادی بازگرداند.

یک کار علمی در حال پیشرفت

لیو اشاره می کند که این ایمپلنت عصبی سیستم عصبی را مانند یک سوئیچ یا دکمه ریست کامپیوتر روشن و خاموش می کند. وی همچنین به پیچیدگی این پروژه تحقیقاتی اشاره می کند و آن طور که به نظر می رسد ساده نیست و محققان همچنان در تلاش برای درک پیچیدگی این پروژه هستند.

لیو، که همچنین یکی از اعضای مرکز نوروتکنولوژی CRANIA، همکاری بین دانشگاه تورنتو و شبکه بهداشت دانشگاه است، می‌گوید دانشمندان هنوز به طور کامل نمی‌دانند که چگونه کار می‌کند.

پروژه ایمپلنت عصبی این گروه تحقیقاتی به عنوان یک گزینه درمانی امیدوارکننده برای بیمارانی که به داروهای فعلی پاسخ نمی‌دهند، توسعه داده شد. او پتانسیل استفاده از هوش مصنوعی را به عنوان یک گزینه درمانی موثر در آینده و در عین حال کاهش واکنش های نامطلوب ناشی از تحریک بیش از حد در مغز می بیند.

گروه تحقیقاتی این فناوری را CMOS می نامند که مخفف نیمه هادی اکسید فلزی مکمل است. این فناوری امکان کاهش اندازه دستگاه و مصرف انرژی آن را فراهم می کند که خطرات مربوط به عمل جراحی ایمپلنت عصبی و استفاده طولانی مدت از آن را کاهش می دهد.

محققان استراتژی ها و تکنیک های مختلفی را برای ایجاد بهترین نمونه اولیه برای ایمپلنت عصبی خود استفاده و آزمایش کرده اند. لیو می‌گوید: «ما تکنیک‌های جدید طراحی میکروالکترونیکی مانند تحریک الکتریکی با دقت بالا با متعادل‌سازی شارژ را توسعه داده‌ایم.

استفاده از یادگیری عمیق

محققان از هوش مصنوعی به نام یادگیری عمیق (DL) استفاده کردند، نوعی یادگیری ماشینی که از شبکه های عصبی مصنوعی استفاده می کند. یادگیری عمیق از مجموعه ای از الگوریتم ها استفاده می کند که سطح عمیقی از اطلاعات را با داده های جدید یاد می گیرد و استخراج می کند. یادگیری عمیق می تواند نشانگرهای زیستی پنهان را شناسایی کند، از جمله اندازه گیری یک عامل یا تشخیص یک علامت بیماری، که اغلب با روش های مرسوم نادیده گرفته می شوند.

این برای محققان مفید است زیرا ایمپلنت‌های عصبی می‌توانند بر اساس نشانگرهای زیستی زمانی فعال شوند و دائماً مجبور به استفاده از تخمین یا تحریک نباشند.

لیو می‌گوید که اکثر ایمپلنت‌های موجود بدون توجه به وضعیت بیمار، تحریک الکتریکی را با سرعت ثابتی تولید می‌کنند. با یادگیری عمیق، می‌توانیم ایمپلنت‌های عصبی را در زمان مناسب و تنها در صورت نیاز فعال کنیم.

با این حال، یک نکته قابل ذکر، هزینه محاسبه است. برای مثال، لیو می‌گوید که اگر زمانی که بیمار در آسانسور یا هواپیما است، ارتباطات قطع شود، ایمپلنت عصبی از کار نخواهد افتاد.

آینده ایمپلنت های عصبی

مطالعه ای در مورد یادگیری عمیق برای ایمپلنت های عصبی که برای تشخیص تشنج استفاده می شود در مجله مهندسی عصبی منتشر شد و لیو می خواهد این تحقیقات را گسترش دهد. او می گوید که کار گروهش طیف وسیعی از کاربردهای بالینی دارد و می تواند در روش های پزشکی فراتر از تشنج های صرع مورد استفاده قرار گیرد.

لیو می خواهد از این فناوری برای انواع اختلالات مغزی که نزدیک به یک میلیارد نفر در سراسر جهان را تحت تاثیر قرار می دهد، استفاده کند. آنها امیدوارند علاوه بر مطالعه اثرات این ایمپلنت بر صرع و بیماری پارکینسون، درمان های جدیدی برای زوال عقل، دردهای مزمن، بیماری آلزایمر و افسردگی ایجاد کنند.

منبع: باشگاه خبرنگاران جوان