السلف في مجال التصوير المتعدد الوسائط لأغراض التنمية المشتركة بين الأوجه

فهم التصويب المتعدد الوسائط

وتمثل التصوير العصبي المتعدد الوسائط تحولاً في شكل نموذجياً في بحوث الأدمغة بدمج البيانات المستمدة من تكنولوجيات التصوير المتعددة لالتقاط صورة أكمل للنشاط العصبي، حيث توفر كل طريقة قوة فريدة من نوعها - كما أن التصوير بالرنين المغناطيسي يوفر حلاً مكانياً عالياً على نطاق المليمتر، ويحقق EEG و MEG الدقة الزمنية الثانية المليمترية، ويوفر نظام المعلومات الوطنية نافذة محمولة منخفضة التكلفة في البيوت غير المتجانسة.

التصوير المغنطيسي الوظيفي (fMRI)

ويتخذ الاتحاد تدابير لتحديد المواقع التي تعتمد على مستوى الدم، وتظهر النشاط العصبي الإقليمي، ويتيح حلها المكاني رسم خرائط دقيقة للمناطق الوظيفية - المحركات، والمناطق اللغوية، والمراكز البصرية، غير أن القرار الزمني يحد من الاستجابة الدينامية، التي عادة ما تتخلف بعدة ثوان، وبالنسبة لتطبيقات شركة BCI، كثيرا ما تستخدم المبادرة في وضع نماذج للتشغيل الحقيقي، أو التدريب على التسلسل الزمني.

Electroencephalography (EEG)

ويسجل فريق التقييم الأوروبي إمكانيات كهربائية من التصعيد بدق ثاني مليئ، مما يجعله مثالياً لاستخلاص أحداث عصبية سريعة مثل الإمكانات المتصلة بالأحداث، والأورام التلقائية التي تُستخدم في التهوية التي تستخدمها شركة " إي جي " ، حيث إن قابلية نقلها وقلة تكلفتها نسبياً جعلت شركة EEGS " مجموعة من مصادر الدمج غير المفرغة غير المفتقرة، غير الممتنة، غير الممتنة، ومع ذلك، تعاني من نقص الدقة في المعالجة المكانية، من انخفاض الدقة في عمليات الاندماج في الصور المؤثرة.

Magnetoencephalography (MEG)

ويلتقط هذا المشروع الحقول المغناطيسية التي تنتجها تيارات عصبية، مما يوفر حلاً مكانياً أفضل من EEG وحلاً زمنياً قابلاً للمقارنة، ويقلل من شأن الميزة الأساسية للجمجمجمة والهزل، ويوفر مصادر أنظف، غير أن نظم التصنيف المتوسطة الأجل تتطلب غرفاً محمية مغناطيسياً وتبريداً مسبباً للاختراق، وقد استخدمت هذه المقاييس في الدراسات المتزامنة في رسم خرائط للصور المتحركات المتحركة.

جهاز تجسس تحت الحمراء (NIRS)

ويتخذ نظام المعلومات البيئية الوطنية تدابير لتغييرات في المتجانسات المكسورة والمنبثقة عن الأوكسجين باستخدام الضوء في الطيف القريب من الحمراء، وهو غير متوافر ومحمول ومقاوم للضوضاء الكهربائي، مما يجعله ملائماً للأمثلة الأولية لجهاز BCI، والانتكاسب الرئيسية هي عمق التغل الضحلي (نحو 1 إلى 2 سم في عبء العمل المرن) وبطء في القرار المؤقت مقارنة بالوكالة الأوروبية.

قوة التكامل

ولا يمكن لأي طريقة واحدة أن توفر حلا مكانيا وزمانيا عاليا في آن واحد، وتقدم المنظمة خرائط مكانية فرعية ولكن متخلفة في الوقت المناسب؛ وتنجز الشركة توقيتا فرعيا في الثانية، ولكن تضعف في تحديد المواقع، ومن خلال إدخال بيانات من طرائق متعددة، يمكن أن يحقق فيها باحثون متعددو الوسائط عن جمع البيانات أفضل من كلا العالمين، وتجعل التقنيات المقفلة مثل التحليل المستقل المشترك للمكونات (جيكور) والثنائية.

Key Advances in Multi-Modal Neuroimaging for BCI

وقد أدت عمليات الانجاز التكنولوجي والكيميائي الأخيرة إلى التعجيل بتطبيق تدابير التأثير العصبي المتعدد الوسائط على شركة BCI، وهي تقدم تشمل الابتكارات في مجال المعدات، وخطوط تجهيز الأنابيب في الوقت الحقيقي، وطرائق التعلم الآلاتي التي تستخلص المعنى من مجموعات البيانات المعقدة.

تعزيز القرار المكاني والتمثيلي من خلال الدمج

إن أساليب الدمج التقليدية مجتمعة بين الأشعة المقطعية والأشعة المقطعية EEG قد تكون ذات طابع رجعي، إذ أن النهج الحديثة تتزامن مع الحصول على البيانات في الوقت الحقيقي، وتنسق الإشارة إلى BOLD مع العينات التي يمكن أن تُظهرها EEG، على سبيل المثال، فإن الخوارزميات التي تستخدم القرار الزمني العالي الذي اتخذته الجماعة الاقتصادية الأوروبية لتسترشد به في تحديد الأولويات المكانية للأشعة فوق البنفسجية يمكن أن تنتج خرائط للتنشاط الاصطناعي تستكمل كل 100 ميلي

تجهيز البيانات في الوقت الحقيقي والانتعاش المباشر

والتحول من التحليل الخارجي إلى المعالجة في الوقت الحقيقي هو مغير للمباراة، وقد ساعدت التطورات في صفائف البوابات القابلة للبرمجة في الميدان ووحدات تجهيز الصور الفوقيات على الحيازة المتزامنة، والتصفية، واستخراج السمات، وتصنيف البيانات المتعددة الوسائط في غضون عشرات الألف الثانية، ويمكن أن توفر نظم العلاج بالألم البصري أو الارتجاعي المباشر للمستخدمين، مما يتيح تعزيز القدرة على إعادة التأهيل.

التعلم في مجال الآلات وإدماج التعلم في أعماق البحار

وتولد البيانات المتعددة الوسائط مجموعات سمات عالية الأبعاد تتطلب نماذج متطورة، وقد أتاحت أجهزة الدعم والتحليلات المتباينة الخطية إمكانية الوصول إلى هياكل التعلم العميق مثل الشبكات العصبية الثورية المتعددة الأطراف والشبكات العصبية المتكررة التي تتعلم تلقائياً السمات المعنوية من الإشارات الخام أو الحد الأدنى من الدقة المسبقة، وهي نماذج مستمدة من نماذج الاتصال التقليدية.

النظم الهجينة غير الغازية والمتوسطة

وفي حين أن هذه المبادرة وآلية الرصد والتقييم ما زالتا متجهتين إلى حد كبير إلى المختبرات، فإن التقدم في أجهزة الاستشعار التابعة للشبكة الأوروبية للجفاف والمقلدة من أجهزة الاستشعار الوطنية قد مكّن من وجود نظم قابلة للارتداء الهجينة، وقد طور الباحثون أغطية تجمع بين 64 عجلاً من طراز EEG وبين الأجهزة الإلكترونية ذات القدرة على التكفير، وهي مصممة على تجهيز النصوص ذات التوقيت الحقيقي.

توزيع البيانات ومصادر محلية

وقد ظهرت أساليب متقدمة لمعالجة الإشارات خصيصاً للدمج المتعدد الوسائط، ويمكن أن تجمع النماذج الهرمية في بايزيا بين المسبقات المكانية المستمدة من المبادرة الدينامية الزمنية للشركة، وأن تُنتج تقديرات دقيقة لنشاط المصدر الكورتي مع القرار الثاني المليئ، وهناك نهج أخرى، مثل دمج الاتصال الوظيفي، ودراسة مدى اختلاف مناطق الدماغ عبر النطاقات الزمنية، وفيما يتعلق بشركة BCI، فإن هذه المقاييس ذات النوعية الحقيقية تسمح بتحديد مواضيع دقيقة.

الآثار المترتبة على التنمية المشتركة بين الأوجه الدماغية

وقد أدى إدماج التصوير العصبي المتعدد الوسائط إلى تحويل BCI من أداة بحثية متخصصة إلى تكنولوجيا قابلة للتطبيقات السريرية والمساعدة، كما أن القدرة على فك النية العصبية بدقة عالية تتيح إمكانيات جديدة لاستعادة الوظيفة والاتصال في الأفراد ذوي الإعاقة الشديدة.

إعادة الاتصال بالمرضى المغلقة

وقد يفقد المرضى الذين يعانون من الاضطرابات الجانبية في الأميوتروفية، أو السكتة الدماغية، أو الداء المتطور من الأشعة المقطعية، القدرة على الكلام أو الانتقال، وقد أتاحت هذه النظم التي تستخدم إشارات الأشعة السينية على أساس EEG بعض المرضى لتهجئة الكلمات باستخدام الطاقات المتطورة للأشعة فوق البنفسجية أو القدرة على التلقيم البصري الثابت، غير أن هذه النظم تعاني من معدلات أخطاء عالية ونهج متعددة الوسائط.

مراقبة الحقائب والرسومات الاصطناعية

أما بالنسبة لمن يعانون من إصابة بالطرق الشوكي أو بترها، فإن الشركات البريطانية يمكنها أن ترسم صورة للحركة لمراقبة الأطراف الآلية، والتحدي هو فصل الحركات المعقدة المتعددة العناصر، مما يجعل التصوير المتعدد الوسائط يوفر بيانات عصبية أكثر ثراء: ويلتقط الفريق النية للتحرك، في حين يؤكد النظام الوطني للأخشاب على استمرار التخطيط في المجال الآلي التكميلي.

التأهيل العصبي والإيذاء

وعلمت الفحوصات العصبية وعلمت أنّها كانت تُستخدم بشكل متزايد في إعادة التأهيل العصبي بعد السكتة الدماغية أو الإصابة بصدمات دماغية، وربط الصور المتحركة بحركة ذراع افتراضية أو فراغ، وفعلت نفس الدوائر العصبية المُشتركة في الحركة الفعلية، وروجت للبلاستيكية العضلية، وسمحت للأجهزة العلاجية المتعددة الوسائط برصد كل من التصدّعات الكهربائية والدمية للإصابة في نصف الكرة الأرضية في الوقت الحقيقي.

Novel Applications in Virtual Reality and Gaming

فبخلاف الطب، فإن شركات الخدمات المتعددة الوسائط تتيح أشكالاً جديدة من التفاعل بين الحواسيب البشرية، وفي الواقع العملي، يمكن للشركة أن تكشف عن نية المستخدمين في نقل أو اختيار أشياء، مما يخلق خبرة أكثر غموضاً، ويتيح الجمع بين نظام تقييم الأداء ونظام المعلومات الجغرافية والنظام التمييز بين قوادات الحركة الطوعية وبين ردود الفعل غير الطوعية على نظارات الماشية البصرية.

التحديات والحدود الحالية

وعلى الرغم من التقدم الملحوظ، تواجه الشركات المتعددة الوسائط عقبات يجب التغلب عليها قبل اعتمادها على نطاق واسع، وهذه التحديات تشمل مجالات تقنية واقتصادية وجماعية.

تكاليف المعدات العالية والصيانة

وتكلف نظم التصوير بالرصاص والتنويع البيئي المتعدد الأطراف زيادة قدرها مليون دولار، وتتطلب مرافق مخصصة لها درع الكهرومغناطيسي، وتبريد الهيليوم السائل، وموظفين متخصصين، وحتى نظم التجهيز الالكتروني للبيانات - المعهد الوطني للاستشعار عن بعد، وإن كانت أرخص، يمكن أن تكلف عدة آلاف من الدولارات من أجل وحدات عالية الدقة، ووحدات درجة البحث، مما يحد من تطوير المختبرات والمستشفيات ذات الوسائط المتعددة إلى مستويات مدمجة جيدة.

الاشارات ونوعية البيانات

وقد تؤدي البيانات المتعددة الوسائط إلى حدوث انحرافات في العينين والنشاط العضلي إلى فساد EEG، وتعطل الحركة في نظام المعلومات الاقتصادية، بل وتحلل حركة الرأس إلى نظام التصوير المغنطيسي، وعندما تكون الطرائق مجتمعة، يمكن أن تبث الاشارات المغنطة وتسجيل أشعة مضللة، كما أن أساليب الرفض الانتقائية الحقيقية التي تؤدي إلى تكيف جميع القنوات معا، ولكنها تضيف تحديات متزامنة.

تدريب المستعملين وإمكانية استخدامها

وبالإضافة إلى ذلك، يتطلب العديد من الشركات المتعددة الأطراف تدريب المستعملين على إنتاج أنماط عصبية متسقة، وقد يحتاج المستخدم، مع إنشاءات متعددة الوسائط، إلى ارتداء أجهزة الاستشعار المتعددة، وأجهزة قياس الضغط العصبي، والأصفاد، والألياف البصرية للأجهزة الوطنية للتصنيف، التي يمكن أن تكون جميعها غير مريحة ومستهلكة للوقت لإنشاءها، كما أن نظم الكهرباء الجافة تحسن الراحة، ولكنها لا تزال تعاني من ارتفاع معدلات التأثير في عمليات التكييف وتكيف أكثر نشاطا في آن واحد.

تعقيد البيانات وتفسيرها

وتولد البيانات المتعددة الوسائط آلاف السلسلة الزمنية في الثانية، مما يتطلب هياكل أساسية حاسوبية قوية للتخزين والتحليل، ويسهل البعد المرتفع لنموذجي التعلم الآليين، لا سيما مع البيانات المحدودة من كل مستخدم، كما أن أساليب تنظيم البيانات واستراتيجيات التقاطع، وزيادة البيانات (مثل الجيل التركيبي من بيانات EEG) لا تزال مجالات نشطة للتحقيق.

الاتجاهات المستقبلية والاتجاهات الناشئة

ومستقبل التصوير العصبي المتعدد الوسائط لشركات العلوم الحيوية في مجال العلوم الحيوية يكمن في التقليل إلى أدنى حد، والمقاييس الذكية، والاندماج في الحياة اليومية دون هوادة، وهناك عدة اتجاهات واعدة ناشئة عن البحوث الجارية.

أجهزة هجينة محمولة وميسورة التكلفة

وقد تؤدي التطورات في مجالات الوصلات الدقيقة والتصوير الضوئي والمواد المرنة إلى تطوير نظم متعددة الوسائط قابلة للارتداء بتكلفة منخفضة، وقد أثبت الباحثون بالفعل نموذجاً يدمج بين جهازي قياس متعدد المؤشرات الجاف بـ 32 ميكانيكياً مع نموذج مصغر من أجهزة الإرسال والاستشعار بالأشعة فوق البنفسجية يقطع على المعبد ويزن تحت 200 غرام، ويمكن لهذه الأجهزة أن تبث البيانات عبر أجهزة تصنيع ذات مقياس مسموم للصوت متحرك.

الاستخبارات الفنية للشركة الخيرية

وسيصبح أنابيب التعلم من الآلات أكثر استقلالا، وقادرة على التكيف مع التوقيعات العصبية الفريدة لكل مستخدم بأقل قدر من المعايرة، ويمكن أن يتيح التعلُّم عن التعزيز العميق للشركة البريطانية تعلم أفضل استراتيجيات التحفيز أو التغذية المرتدة على مر الزمن، مما يضفي طابعا شخصيا على التفاعل، ومن ذلك مثلا أن بإمكان شركة BCI لإعادة تأهيل السكتات القلبية أن تعدل مستوى المساعدة في بناء أنماط تنشيط الدماغ المتطورة، وأن تعالج أساليب التعافي من الحرك.

نظم مغلقة وحفز تابعين لدائرة الدماغ

ولن تكتفي شركات التأمين الصحي في المستقبل بفك النوايا فحسب، بل أيضاً بتنقية نشاط الدماغ في حلقة مغلقة، إذ يمكن للباحثين أن يستحدثوا نظماً يقرأ فيها ويكتبون فيها نشاطاً عصبياً يُستخدم في تحفيز الدماغ غير الشائع (مثلاً، تُعدُّه بالاختراق الرئوي، وتُحدث اضطرابات كهربائية مُغلقة.

البحث التعاوني والمعايير المفتوحة

ويقتضي تعقيدات هذه النظم الإيكولوجية المتعددة الوسائط التعاون الوثيق بين علماء الأعصاب والمهندسين والعلماء في مجال الحاسوب والمستوصفين. كما أن المبادرات الكبيرة، مثل مبادرة " بي إن بي إن " ومشروع الدماغ البشري الأوروبي، قد عززت تطوير أدوات البرمجيات المفتوحة المصدر (مثلاً، في ميداني، ومين - بيتون، وبراينستورم) التي تدعم التحليل المقارن للبيانات المتعددة الوسائط.

الاعتبارات الأخلاقية والخصوصية

ومع أن الشركات المتعددة الجنسيات أصبحت أكثر قدرة، فإن المسائل الأخلاقية المتعلقة بالخصوصية في البيانات العصبية، والموافقة، والتعزيز المعرفي، يمكن أن تلتقط نظم متعددة الوسائط ثروة من المعلومات، بما في ذلك الدول العاطفية، والأفضليات الضمنيــة، وتعقب الذاكرة، وضمان سيطرة المستعملين سيطرة كاملة على بياناتهم العصبية، وعدم استغلالها لأغراض تجارية أو مراقبة، يجب أن تهدف الأطر التنظيمية، مثل مبادرة " النيروبيرات " المقترحة، إلى حماية الخصوصية.

خاتمة

إن تقارب الوصلات بين أجهزة التصوير العصبي المتعددة الوسائط وأجهزة قياس الدماغ قد فتح حدودا جديدة في التفكيك العصبي الدقيق، حيث أن الجمع بين قوتي التلقيم المغنطيسي، والبيج، والمتوسط، والجهاز الوطني للأخشاب، في الأجهزة، وأجهزة البحث عن التكاثر الدوائي، يمكن الآن أن يبني نقاطاً للتحكم في العوامل الحيوية تكون أكثر دقة وأسرع وأكثر سهولة من أي وقت مضى.

For further reading on the technical foundations of multi-modal fusion, see the comprehensive review published in NeuroImage]. For a clinical perspective on BCI applications in beat rehabilitation, consult this ]Journal of Neural Engineering article.