درمان اختلالات مغزی با هوش مصنوعی

محققان دانشگاه تورنتو در حال ترکیب هوش مصنوعی و میکروالکترونیک برای ایجاد فناوری نوآورانه‌ای هستند که ایمن و موثر است.

این تیم تحقیقاتی می‌خواهد از ایمپلنت‌های عصبی در تراشه‌های سیلیکونی مینیاتوری استفاده کند، به روشی مشابه که برای تولید تراشه‌های مورد استفاده در رایانه‌های امروزی انجام می‌شود.

بازیابی نورون‌ها

Xilin Liu، محقق ارشد و استادیار دانشکده علوم کاربردی و مهندسی در دانشگاه می‌گوید: «نرون‌ها تا حدی از طریق سیگنال‌های الکتریکی با یکدیگر صحبت می‌کنند و یک ایمپلنت عصبی درمانی تحریک الکتریکی ایجاد می‌کند – مانند ضربان‌ساز برای مغز».

تورنتو وی ادامه داد: در موارد لرزش یا تشنج، تحریک سعی می کند نورون ها را به حالت طبیعی بازگرداند.

استفاده از یادگیری عمیق

محققان از نوعی هوش مصنوعی به نام یادگیری عمیق (DL) استفاده کردند، نوعی یادگیری ماشینی که از شبکه‌های عصبی مصنوعی استفاده می‌کند. DL از مجموعه‌ای از الگوریتم‌ها استفاده می‌کند که با داده‌های جدید، اطلاعات سطح عمیق را «یاد می‌گیرند» و استخراج می‌کنند. DL همچنین می‌تواند نشانگرهای زیستی پنهان را شناسایی کند(اندازه‌‍گیری یا نشانه بیماری) که اغلب در روش‌های سنتی نادیده گرفته می‌شوند.

این برای محققان مفید است زیرا آنها می‌توانند زمان فعالسازی ایمپلنت‌های عصبی را بر اساس نشانگرهای زیستی انتخاب کنند و مجبور نباشند به طور مداوم تحریک را حدس بزنند یا از آن استفاده کنند.

لیو اظهار داشت:«بیشتر ایمپلنت‌های موجود بدون توجه به وضعیت بیمار، تحریک الکتریکی را با سرعت ثابتی تولید می‌کنند. با DL می‌توانیم ایمپلنت‌های عصبی را در زمان بهینه و تنها در صورت لزوم فعال کنیم.

با این حال، یکی از نکاتی که ذکر شد هزینه محاسباتی است. لیو اظهار داشت، برای مثال، یک ایمپلنت عصبی در صورت از دست دادن خدمات مخابراتی، مانند زمانی که بیمار در آسانسور یا هواپیما می‌رود، نمی‌تواند از کار بیفتد.

هزینه محاسباتی مدل‌های یادگیری عمیق، ترکیب چنین فناوری را به چالشی تبدیل می‌کند. به منظور کاهش هزینه‌های محاسباتی، تیم تحقیقاتی روش‌هایی را برای آموزش مدل‌ها تنها بر اساس شرایط هر بیمار ایجاد کردند.

آینده ایمپلنت‌های عصبی

مطالعه روی یادگیری عمیق برای ایمپلنت‌های عصبی که برای تشخیص تشنج استفاده می‌شوند در مجله مهندسی عصبی منتشر شد و لیو می‌خواهد این تحقیق را گسترش دهد.

او گفت که کار تیمش می‌تواند در طیف وسیعی از کاربردهای بالینی و روش‌های پزشکی فراتر از تشنج‌های صرع مورد استفاده قرار گیرد.

لیو می‌خواهد از این فناوری برای انواع اختلالات مغزی استفاده کند که نزدیک به یک میلیارد نفر را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار می‌دهد. او امیدوار است همراه با مطالعه اثرات بر صرع و بیماری پارکینسون، درمان‌های درمانی جدیدی برای بیماران مبتلا به زوال عقل، درد مزمن، بیماری آلزایمر و افسردگی ایجاد شود.

پیچیدگی پروژه درمان اختلالات با هوش مصنوعی

این دانشمند می‌گوید که ایمپلنت عصبی شبکه‌های عصبی را مانند یک سوئیچ یا مانند راه‌اندازی مجدد کامپیوتر خاموش و روشن می‌کند.

وی همچنین پیچیدگی این پروژه تحقیقاتی را بیان کرد و خاطرنشان کرد که آنطور که به نظر می‌رسد پیاده‌سازی آن ساده نیست و محققان همچنان در تلاش برای درک پیچیدگی پروژه هستند.

لیو که همچنین بخشی از مرکز فناوری عصبی CRANIA است که با همکاری دانشگاه تورنتو و شبکه بهداشت دانشگاهی همکاری می‌کند، می‌گوید: «دانشمندان هنوز به طور کامل نحوه عملکرد آن را درک نکرده‌اند.

این شبکه جمعی و دانشگاه با هدف بهبود سلامت مغز و ایجاد درمان های جایگزین به عصب شناسان، دانشمندان داده‌ها و مواد و پزشکان می‌پیوندد. پروژه ایمپلنت عصبی توسط لیو و تیمش به عنوان یک گزینه درمانی جایگزین آینده‌نگر برای مشتریانی که ممکن است به داروهای فعلی پاسخ خوبی ندهند، ایجاد شد.

آنها پتانسیل استفاده از هوش مصنوعی را به عنوان یک گزینه درمانی موثر در آینده می‌بینند و در عین حال واکنش‌های نامطلوب به تحریک بیش از حد در مغز را به حداقل می‌رسانند.

تیم تحقیقاتی این فناوری را CMOS می‌نامند که مخفف نیمه هادی اکسید فلزی مکمل است. این به آنها اجازه می‌دهد تا اندازه دستگاه و مصرف برق را کاهش دهند. همچنین، خطرات مرتبط با روش جراحی ایمپلنت عصبی و استفاده طولانی مدت را کاهش می‌دهد.

به منظور ایجاد بهترین نمونه اولیه برای ایمپلنت عصبی، آنها استراتژی‌ها و تکنیک‌های مختلفی را نیز امتحان کرده‌اند. لیو گفت: «ما تکنیک‌های جدید طراحی میکروالکترونیکی مانند تحریک الکتریکی با دقت بالا با متعادل‌سازی شارژ را توسعه داده‌ایم.»