ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस प्रौद्योगिकी

संदर्भ

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस (BCI) विकसित किया है, जो एक लकवाग्रस्त व्यक्ति को केवल अपने विचारों का उपयोग करके रोबोटिक हाथ को नियंत्रित करने में सक्षम बनाता है।

• यह प्रणाली न्यूनतम पुनर्निर्धारण के साथ लगातार 7 महीने तक कार्य करती रही, जो सहायक प्रौद्योगिकी में एक महत्त्वपूर्ण प्रगति का प्रतीक है।

प्रमुख वैज्ञानिक नवाचार

1. तंत्रिका प्रतिरूप को समझना
   • टीम ने पाया कि मस्तिष्क की गतिविधियों का प्रतिरूप दिन-प्रतिदिन थोड़ा बदलता रहता है, जो प्रायः BCI में अस्थिरता का कारण बनता है।
   • इन बदलावों का अध्ययन और पूर्वानुमान करके, शोधकर्ताओं ने एक स्थिर AI ढाँचा बनाया, जिसने यह सुनिश्चित किया कि यह सिस्टम महीनों तक मजबूती से कार्य करे।
2. AI और सिग्नल प्रोसेसिंग
   • शोधकर्ताओं ने उच्च-आयामी मस्तिष्क डेटा का विश्लेषण करने के लिए मशीन लर्निंग एल्गोरिदम का उपयोग किया।
   • यह प्रणाली परिवर्तित तंत्रिका प्रतिरूप के अनुकूल हो सकती है, जिससे BCI की सटीकता और विश्वसनीयता बनी रहती है।

BCI सिस्टम (ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस) के बारे में

• परिभाषा: ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस (BCI) एक ऐसी प्रणाली है, जो शरीर के सामान्य न्यूरोमस्कुलर मार्गों से अलग मस्तिष्क और बाहरी डिवाइस के बीच सीधा संचार सक्षम करती है।
  • यह उपयोगकर्ताओं को केवल मस्तिष्क संकेतों का उपयोग करके कंप्यूटर, रोबोटिक आर्म या अन्य डिवाइस को नियंत्रित करने की अनुमति देता है।

BCI प्रणाली के घटक

1. सिग्नल अधिग्रहण: सेंसर (आमतौर पर EEG इलेक्ट्रोड या प्रत्यारोपित माइक्रोइलेक्ट्रोड) मस्तिष्क की गतिविधियों को रिकॉर्ड करते हैं।
   • UCSF अध्ययन जैसे आक्रामक BCI में, मस्तिष्क की सतह पर छोटे सेंसर प्रत्यारोपित किए जाते हैं।
2. सिग्नल प्रोसेसिंग: ‘रॉ’ मस्तिष्क संकेतों को साफ, फिल्टर  और प्रवर्द्धित किया जाता है।
3. अनुवाद एल्गोरिथ्म: मशीन लर्निंग मॉडल संसाधित मस्तिष्क संकेतों को डिकोड करते हैं और उन्हें ऐसे आदेशों में अनुवादित करते हैं, जिन्हें बाहरी डिवाइस समझ सकती है।
4. आउटपुट डिवाइस / इफेक्टर: एक रोबोटिक आर्म, व्हीलचेयर, कंप्यूटर कर्सर या संचार सहायता, जो उपयोगकर्ता की इच्छित कार्रवाई को पूरा करती है।
5. फीडबैक मैकेनिज्म: उपयोगकर्ताओं को उनके मानसिक आदेशों को परिष्कृत करने और सिस्टम सटीकता में सुधार करने में मदद करने के लिए दृश्य, श्रवण या स्पर्श संबंधी फीडबैक प्रदान करता है।

BCI प्रणाली कैसे कार्य करती है

• मस्तिष्क पर सेंसर: प्रतिभागी के मस्तिष्क की सतह पर, छोटे सेंसर लगाए गए, ताकि गतिविधियों के उद्देश्य का पता लगाया जा सके।
• मस्तिष्क के संकेतों को डिकोड करना: हालाँकि प्रतिभागी शारीरिक रूप से हिल नहीं सकता था, फिर भी जब वह हरकतों की कल्पना करता था, तो उसका मस्तिष्क संकेत उत्पन्न करता था। इन्हें BCI द्वारा कैप्चर और डिकोड किया जा सकता।
• प्रशिक्षण और नियंत्रण
  • प्रारंभ में, प्रतिभागी ने एक आभासी रोबोटिक हाथ से प्रशिक्षण लिया, जिससे उसके मानसिक आदेशों में सुधार हुआ।
  • एक बार प्रशिक्षित होने के बाद, वह रोजमर्रा के कार्य करने के लिए एक वास्तविक दुनिया के रोबोटिक हाथ को नियंत्रित करने में सक्षम हो गया, जैसे- ब्लॉक उठाना, अलमारियाँ खोलना और पानी की मशीन चलाना।

BCI के अनुप्रयोग

• चिकित्सा: पक्षाघात, ALS, रीढ़ की हड्डी की चोटों वाले व्यक्तियों के लिए सहायक उपकरण।
• पुनर्वास: स्ट्रोक रिकवरी, मोटर फंक्शन सुधार।
• संचार: स्पीच लॉस (लॉक-इन सिंड्रोम) वाले लोगों को संवाद करने में मदद करना।
• सैन्य और गेमिंग (प्रायोगिक): हैंड फ्री कंट्रोल सिस्टम।

चुनौतियाँ और सीमाएँ

• दीर्घकालिक स्थिरता और विश्वसनीयता (UCSF  अध्ययन में संबोधित)।
• सुरक्षा और शल्य चिकित्सा जोखिम (आक्रामक BCI के लिए)।
• स्वायत्तता, गोपनीयता और मानव संवर्द्धन के बारे में नैतिक चिंताएँ।
• व्यापक उपयोग के लिए लागत और पहुँच।

PWOnlyIAS विशेष हाल ही में एलन मस्क की न्यूरोटेक्नोलॉजी कंपनी, न्यूरालिंक को अमेरिकी खाद्य एवं औषधि प्रशासन (FDA) द्वारा उसके ‘स्पीच-रिस्टोरिंग ब्रेन चिप’ के लिए ब्रेकथ्रू डिवाइस डेसिग्नेशन प्रदान किया गया है। FDA ब्रेकथ्रू डिवाइस पदनाम उन प्रौद्योगिकियों को दिया जाता है, जिनमें जीवन के लिए खतरा उत्पन्न करने वाली या अपरिवर्तनीय रूप से दुर्बल करने वाली बीमारियों या स्थितियों के लिए अधिक प्रभावी उपचार अथवा निदान प्रदान करने की क्षमता होती है। स्पीच रिस्टोरेशन डिवाइस के बारे में उद्देश्य और लक्ष्य समूह निम्नलिखित के कारण गंभीर स्पीच लॉस वाले व्यक्तियों की सहायता के लिए डिजाइन किया गया: एमियोट्रोफिक लेटरल स्क्लेरोसिस (ALS); स्ट्रोक, रीढ़ की हड्डी की चोट, सेरेब्रल पाल्सी, मल्टीपल स्केलेरोसिस और अन्य न्यूरोलॉजिकल स्थितियाँ। यह कार्य किस प्रकार करता है: इस डिवाइस के अंतर्गत मस्तिष्क में 1,024 इलेक्ट्रोड लगाए गए हैं। यह इच्छित भाषण या गति से संबंधित तंत्रिका गतिविधि का पता लगाता है। सिग्नल एक कंप्यूटर को प्रेषित किए जाते हैं, जहाँ AI रियल टाइम में इच्छित आदेशों को डिकोड करता है – जिससे मरीज, कर्सर संचालित कर सकता है या संवाद कर सकता है।

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