یاری به درمان اختلالات مغزی با هوش مصنوعی - مجله ویراپارس

پژوهشگران دانشگاه تورنتو در حال ترکیب هوش مصنوعی و میکروالکترونیک برای ایجاد فناوری نوآورانه ای هستند که ایمن و موثر باشد. این گروه پژوهشی می خواهد از ایمپلنت های عصبی در تراشه های سیلیکونی مینیاتوری به روشی مشابه که برای فراوری تراشه های مورد استفاده در رایانه های امروزی انجام می گردد، استفاده کند.

بازیابی نورون ها

شیلین لیو (Xilin Liu) پژوهشگر ارشد و استادیار دانشکده علوم کاربردی و مهندسی در دانشگاه تورنتو می گوید: نورون ها به وسیله سیگنال های الکتریکی با یکدیگر صحبت می نمایند و یک ایمپلنت عصبی درمانی، مانند ضربان سازی برای مغز، تحریک الکتریکی ایجاد می نماید و در موارد رعشه یا تشنج سعی می نماید نورون ها را به حالت طبیعی بازگرداند.

یک کار علمی در حال پیشرفت

لیو اشاره می نماید که این ایمپلنت عصبی، شبکه های عصبی را مانند یک سوئیچ یا مانند دکمه راه اندازی مجدد کامپیوتر روشن و خاموش می نماید. وی بعلاوه پیچیدگی این پروژه پژوهشی را یادآور می گردد و خاطرنشان می نماید که آنطور که به نظر می رسد، ساده نخواهد بود و پژوهشگران همچنان در کوشش برای درک پیچیدگی این پروژه هستند.

لیو که بعلاوه عضوی از مرکز فناوری عصبی CRANIA است که با همکاری دانشگاه تورنتو و شبکه بهداشت دانشگاهی همکاری می نماید، می گوید: دانشمندان هنوز به طور کامل نحوه عملکرد آن را درک نکرده اند.

پروژه ایمپلنت عصبی این گروه پژوهشی به عنوان یک گزینه درمانی آینده نگرانه برای بیمارانی که ممکن است به دارو های فعلی واکنش خوبی ندهند، ایجاد شده است. آن ها پتانسیل استفاده از هوش مصنوعی را به عنوان یک گزینه درمانی موثر در آینده می بینند که در عین حال واکنش های نامطلوب به تحریک بیش از حد در مغز را به حداقل می رساند.

گروه پژوهشی این فناوری را CMOS می نامند که مخفف نیمه هادی اکسید فلزی مکمل است. این فناوری به آن ها اجازه می دهد تا میزان دستگاه و مصرف انرژی آن را کاهش دهند و به نوبه خود خطرات مرتبط با روش جراحی ایمپلنت عصبی و استفاده طولانی مدت از آن را کاهش می دهد.

پژوهشگران به منظور ایجاد برترین نمونه اولیه برای ایمپلنت عصبی خود از استراتژی ها و تکنیک های مختلفی بهره برده اند و آن ها را آزموده اند. لیو می گوید: ما تکنیک های تازه طراحی میکروالکترونیکی مانند تحریک الکتریکی با دقت بالا با متعادل سازی شارژ را توسعه داده ایم.

استفاده از یادگیری عمیق

پژوهشگران از نوعی هوش مصنوعی به نام یادگیری عمیق (DL) استفاده کردند که نوعی از یادگیری ماشینی است که از شبکه های عصبی مصنوعی استفاده می نماید. یادگیری عمیق از مجموعه ای از الگوریتم ها استفاده می نماید که با داده های تازه، اطلاعات سطح عمیق را یاد می گیرند و استخراج می نمایند. یادگیری عمیق بعلاوه می تواند نشانگر های زیستی پنهان شامل میزان گیری عامل یا یافتن نشانه بیماری را شناسایی کند که اغلب در روش های سنتی نادیده گرفته می شوند.

این برای پژوهشگران مفید است، زیرا آن ها می توانند زمان فعالسازی ایمپلنت های عصبی را بر اساس نشانگر های زیستی انتخاب نمایند و مجبور نباشند به طور مداوم تحریک را تخمین بزنند یا مدام از آن استفاده نمایند.

لیو می گوید: اغلب ایمپلنت های موجود بدون توجه به شرایط بیمار، تحریک الکتریکی را با سرعت ثابتی فراوری می نمایند. در حالی که ما با یادگیری عمیق می توانیم ایمپلنت های عصبی را در زمان بهینه و تنها در صورت لزوم فعال کنیم.

با این حال، یکی از نکاتی که قابل ذکر است، هزینه محاسباتی است. لیو می گوید برای مثال، یک ایمپلنت عصبی در صورت از دست دادن ارتباطات مخابراتی مانند زمانی که بیمار در آسانسور یا هواپیما قرار می گیرد، نمی تواند از کار بیفتد.

آینده ایمپلنت های عصبی

این مطالعه روی یادگیری عمیق برای ایمپلنت های عصبی که برای تشخیص تشنج استفاده می شوند، در مجله Neural Engineering منتشر شده است و لیو می خواهد این پژوهش را توسعه دهد. وی می گوید که کار گروهش می تواند در طیف وسیعی از کاربرد های بالینی و روش های پزشکی فراتر از تشنج های صرع مورد استفاده قرار گیرد.

لیو می خواهد از این فناوری برای انواع اختلالات مغزی استفاده کند که نزدیک به یک میلیارد نفر را در سراسر دنیا تحت تاثیر قرار داده اند. وی امیدوار است همراه با مطالعه اثرات این ایمپلنت بر بیماری های صرع و پارکینسون، درمان های تازهی برای بیماران مبتلا به زوال عقل، درد مزمن، بیماری آلزایمر و افسردگی ایجاد کند.

خبرنگاران علمی پزشکی کلینیک