مقدمة إلى نظم النيروف المغلق

ويعيد تقارب المعلومات الاستخبارية الاصطناعية والتكنولوجيا العصبية تشكيل الطريقة التي نفهم بها ونتفاعل مع الدماغ البشري، وتمثل نظم الاستعادة العصبية المغلقة تحولاً في النموذج من الرصد السلبي إلى التدخل النشط والتكييفي، خلافاً للنهج التقليدية التي توفر ردود فعل مؤجلة أو محددة مسبقاً، وتضع نظم السحب المغلق باستمرار إشارات عصبية - تُستخدم عادة في تعديل التوقيت الكهربي.

والفرضية الأساسية هي: إذ يمكننا أن ندربها على إعادة تنظيم ذاتي، مع أن التنفيذ العملي يتطلب قدراً ضئيلاً جداً من المرونة، وتجهيز إشارات قوية، وتوقعات ذكية لاتخاذ القرارات، وهي عوامل تحد تاريخياً من الميدان، وقد وفرت عمليات التقسيم الأخيرة في مجال التعليم الآلى والتعلم العميق الأدوات اللازمة لتلبية هذه المطالب المثلى.

Understanding closed-Loop Neurofeedback: Architecture and Operation

ويتكون نظام التغذية المفاجئة العصبية المغلقة من أربعة عناصر رئيسية: وحدة لاقتناء الإشارات العصبية، ووحدة تجهيز الوقت الحقيقي، ووصلة بينية لتقديم التعليقات، وخوارزمية للمراقبة تُحدِث الحلقة، ونموذج الاحتياز يستخدم عادة كهروروداً للأشعة السينية الجافة أو الرطبة، على الرغم من أن الأشعة المغنطية للض، ونموذجاً للثبات التقريبي الترددي (FNIRS) يستخدم أيضاً في البحوث.

وفي نظم السحب المفتوحة، يتم تقديم التغذية المرتدة وفقاً لجدول محدد أو عتبة ثابتة، بغض النظر عن الحالة العصبية الحالية للمستعمل، فعلى سبيل المثال، قد يشاهد المستخدم تصوراً مرئياً يتطور إلى ما دام النظام يكتشف نشاطاً للزوجة ألفا فوق عتبة الحد، والمشكلة هي أن هذه العتبات ثابتة ولا تُحسب للتغيرات اليومية في نشاط الدماغ أو التغيرات المتصلة بالتعلم.

ومن المهم أن لا ينبغي النظر إلى التعليقات على نحو واعٍ على أنها فعالة، فالاستعراضات دون الإقليمية أو دون الإقليمية يمكن أن تؤثر على البلاستيك العصبي عندما تُطبق في حلقة مغلقة، وهو ما دفع الاهتمام باستخدام هذه النظم للتدريب الخفي أثناء النوم أو تحت التخدير، وتكفل الحلقة المغلقة بقاء النظام متوافقا مع ديناميات الدماغ التي يكتسبها المستخدم من لحظة إلى أخرى، مما يجعل التدريب أكثر كفاءة ويقلل من التكيف.

The Transformative Role of AI Algorithms in Neurofeedback

من الهندسة المخصّصة إلى التعلم من نهاية إلى نهاية

وقد اعتمدت نظم التغذية العصبية المبكرة على سمات مصممة يدوياً - مثلاً، على الطاقة في النطاق ألفا (8-12 هرتز) أو الأم (8-13 هرتز) - وعلى أجهزة تصنيف خطية بسيطة لتحديد متى يمكن تقديم تعليقاتها، وقد حدت هذه النُهج من عدم قدرتها على استيعاب التعقيد الكامل لديناميات EEG، التي هي غير ثابتة وغير خطية، وتختلف بشكل واسع بين الأفراد.

ويمكن للشبكات العصبية الثورية الكونية أن تتعلم الأنماط المكانية عبر صفائف الكهروود، بينما تستوعب البنى المتكررة (LSTMs, GRUs) الإعاقات الزمنية على مئات الاثناتات، وقد تم تكييف نماذج أحدث للمحوِّلات، التي وضعت أصلاً لتجهيز اللغات الطبيعية، بحيث تتوافق مع نماذج التبعية البعيدة المدى في السلسلة الزمنية للمجموعة، مما يحقق أحدث أداء في مهام التغيُّر في الدماغي.

إن التعليم المعزز هو نموذج قوي آخر من نماذج التعليم العالي، يناسب بطبيعة الحال التراجع العصبي المغلقة، وفي إطار القانون الإقليمي، يعمل النظام كعامل يختار إجراءات التغذية المرتدة لتحقيق أقصى قدر من المكافأة (مثلاً، حالة المخ المرغوبة) ويتعلم الوكيل سياسة من خلال المحاكمة والخطأ، ويتكيف مع التوقيع العصبي الفريد لكل مستخدم على نماذج متعددة.

التصوير بالتوقيت الحقيقي والحساب الإلكتروني

ويفرض نشر نماذج " آي إي " في نظم مغلقة متطلبات صارمة تتعلق بالتساهل، حيث إن جميع أجهزة التكتل، وتجهيزها، والإفادة عنها، وتلقيها، وتلقيها على نحو مكثف، في حدود 100 إلى 200 ميل من الثانية، لمعظم التطبيقات للشعور بالفوري، والحفاظ على الطوارئ بين النشاط العصبي والتغذية المرتدة، والاختبار القائم على التكتل، بطيء عموما بسبب تأخير الشبكة، بحيث لا بد أن تدار نماذج على جهاز التلقيح نفسه أو على بوابة محلية.

ويستخدم النهج الأخير جهازاً للوزن الخفيف (CNN) لا يتجاوز وزنه 000 50 بارامتر - أي أقل بحوالي 000 1 مرة من الشبكة العميقة النموذجية لتصنيف أربع مهام عقلية من طراز EEG ذي 8 ميكانيكيات بدقّة 85 في الوقت الحقيقي، ويدير النموذج معالجاً للكورتكس - 4 في 120 ميغاهيرتز، ويحصل على أقل من 50 ميغاواط.

التحديات الإنمائية والحلول الهندسية

نوعية البيانات، والمواد الأثرية، والتغير الفردي

فالإشارة العصبية هي إشارات مزعجة للغاية، إذ يمكن أن تخلط بين الأوعية الفينية، وتركيب الفك، وحركات الرأس، والتدخل الكهربائي البيئي وبين المادة البيئية التي تُقحم النشاط العصبي الأساسي، والنُهج التقليدية تستخدم تحليل المكونات المستقلة أو إزالة الركود المرتكز على التراجع، ولكن هذه الأساليب باهظة التكلفة ويمكن أن تُحدث تأخيرات في المستقبل.

ويطرح التقلب الفردي تحدياً أساسياً، إذ يمكن أن يؤدي نموذج مدرَّب على البيانات من 100 مشارك أداء ضعيفاً على مستخدم جديد تختلف أنماطه العقلية بسبب التشريح أو السلوكية أو الاستراتيجية العقلية، ويساعد في التخفيف من ذلك: ويُعدّل نموذج مُسبق مع بضع دقائق من بيانات المعايرة من المستعمل الجديد، ويكيف حدود القرار مع خطوات التحديث الفريدة التي يتبعها.

معدلات التساهل مقابل معاملات الاستحقاق

إن تصميم نظام في الوقت الحقيقي يتطلب موازنة الدقة في استخدام المعلومات عن طريق الحاسوب، أما النماذج العميقة التي بها طبقات كثيرة فتحقق درجة أعلى من الدقة، ولكنها تستغرق وقتا أطول، وبالنسبة للرضاعة العصبية، فإن الدقة التي تقل عن 70 إلى 80 في المائة يمكن أن تقوض عملية التعلم لأن المستعمل يتلقى ردود فعل لا ترتبط إلا بحالته العقلية الفعلية، ومع ذلك فإن تقديرا للطبيعة يتجاوز 300 مترا يقل أيضا عن فعالية الارتداد المتوقع.

ويستخدم نهج آخر في استخدام الاختبار البيزي في حساب التوزيع المحتمل على ولايات الدماغ بدلا من تصنيف واحد صلب ويمكن بعد ذلك إيصال التعليقات على نطاق مستمر (مثل شفافية الجسم الافتراضي) يتناسب مع احتمال أن يكون المستخدم في الدولة المستهدفة، مما يلغي الحاجة إلى عتبة صعبة ويقلل من الحساسية إزاء الضوضاء، مما يجعل النظام أكثر قوة في حالات سوء التصنيف اللحظي.

التكييف الشخصي والتكييف المباشر

ويجب أن يتكيف نظام مغلق حقاً ليس فقط بين المستخدمين بل أيضاً في دورة واحدة، وبما أن المستخدم يتعلم التحكم في حالة دماغية، فإن التوقيع العصبي لتلك الدولة قد يغير ما يسمى بظاهرة " العائمة " ، وأن نماذج التعلّم التي تستكمل باستمرار سياسته مناسبة لهذا الغرض، ويمكن أن يُعدل نهج التدرج في السياسة العامة استراتيجية التعقيب استجابة لمسار أداء المستخدم، وذلك مثلاً عن طريق زيادة التكيف المستمر مع أهداف أسلوب الأداء

ويستخدم نظام بحثي رئيسي يدعى " نيوجيم " إطارا هرميا لمعدلات الجرعة: وهو عامل رفيع المستوى يختار ما يلي: تعزيز قدرة ألفا، وقمع الانفجارات الفوقية، بينما يختار عامل منخفض المستوى إجراءات التغذية المرتدة من لحظة إلى أخرى، ويستخدم الوكيل الرفيع المستوى شبكة عصبية متكررة لنموذج ديناميات التعلم التي ينتجها المستخدم على مدى دورات متعددة، مما يؤدي تلقائيا إلى تقدم في مجال التدريب.

الاعتبارات الأخلاقية وخصوصية البيانات

ويجب أن تُظهر إشارات فريق التقييم الإدراكي، ليس فقط الدول المعرفية، بل أيضاً معلومات مُتأخرة عن المشاعر والأفضليات وحتى الذكريات الخاصة، ولا يجوز أن يُستخدم نظام مغلق يُسجل ويُعمل على تخزين هذه البيانات في إطار المبادئ التوجيهية المتعلقة بإعادة التدريب النموذجي، كما يجب أن تغطي الموافقة المستنيرة صراحة تخزين البيانات وتقاسمها وإمكانية أن يُصدر نموذج " AI " مبادئ توجيهية صارمة بشأن العوامل.

وثمة بُعد أخلاقي آخر هو إمكانية حدوث آثار جانبية غير مقصودة، إذ قد يؤدي تدريب فرد على زيادة قوة النطاق ألفا إلى الحد دون قصد من أداء ذاكرة العمل في الأجل القصير، حيث أن القمع الأبجدي معروف بما يساعد على الاهتمام، ولذلك يجب أن تشمل نظم الغلق أجهزة رصد السلامة التي تكشف عن التحولات الضارّة للدولة وتنهي التدريب إذا تم تجاوز عتبات معينة، ويمكن أن تساعد أساليب التلقيح الضوئية الباحثين على فهم الأنماط التي يُحدّ من المخاطرة.

البحوث الحالية والتطبيقات الناشئة

التطبيقات السريرية

وقد أخذت المحاكمات السريرية تدمج بشكل متزايد التغذية المفاجئة من جانب الجهاز العصبي المغلقة، وفي المعهد الوطني للتنمية البشرية، استخدمت محاكمة مراقَبة عشوائيا تضم 40 طفلا نظاما للتعلم العميق، أدى إلى تباطؤ مستويات الاهتمام الفعلي من نظام EEG الذي يعمل في الوقت الحقيقي، وقدم تعليقات عن طريق الفيديو، وبعد 20 دورة، أظهر فريق العلاج انخفاضا كبيرا في معدلات الإصابة بالمرض وارتفاع معدلات النشاط الفائقة مقارنة بمجموعات البصرية التي تبلغ 5 في المائة، مع استمرار الاستفادة من إعادة التأهيل في ثلاثة أشهر.

وفي مجال الأحوال النفسية، يجري استكشاف الرضاعة العصبية المغلقة من أجل الاضطرابات الكئيبة الرئيسية والاضطرابات النفسية اللاحقة للصدمة، وقد أظهرت دراسة حديثة لدليل التصور أن نظاماً قائماً على أساس RL يمكن أن يتعلم تعديل مؤشر عدم التماثل في الألف (وهو مؤشر للتنظيم العاطفي) في حالة المرضى المكتئبين، حيث حقق 60 في المائة من المشاركين انقطاعاً في الدراسة بعد 12 دورة.

تطبيقات المستهلكين والأداء

وفيما عدا العيادة، قامت عدة شركات - بما في ذلك Muse]، ،] - بالانتقال إلى دورات تدريبية متطورة في مجال الأوعية العصبية ، و - توفر الآن أجهزة إعادة تركيز مستهلكة على عوامل التركيز على الوزن.

الاتجاهات المستقبلية: الضعف، والتعددية، والشخصية

مصاريف مُستقيمة ومُريحة

وسيعتمد الجيل القادم من نظم الغلق على رؤوس منخفضة المستوى من الانبعاثات التي لا تتطلب وجود جيل مسيّر، ويمكن أن تؤدي صفائف الكهروود الجافة التي تُلغى ضوضاء نشطة، إلى جانب أجهزة تعجيل تعمل بالأشعة فوق البنفسجية، إلى تمكين الرصد اليومي الشامل في البيئات الطبيعية، ويقوم الباحثون بالفعل بتطوير أجهزة الاستشعار الخاصة بالأذن والكهرباء التي تناسب في قناة الأذن، مما يوفر نموذجاً مقبولاً اجتماعياً باستمرارً لأجهزة المضغوطة.

الدمج المتعدد الوسائط

ويمكن أن يؤدي إدماج EEG مع إشارات فيزيولوجية أخرى - تقلب معدل القلب، وسلوك الجلد، وتتبع العين، بل وحتى تشغيل نظام نموذجي شبه خاضع للمراقبة إلى إيجاد صورة أغنى عن الحالة العقلية للمستعمل، كما أن نموذجاً من نماذج الإي آي إي تيزو يمكن أن يفسد هذه الطرائق الدماغ الذي ينظر إلى نظام EEG (مثلاً، تركيب أجهزة تغذية مرتدة من نوع إي بيزومي، باستخدام مجهود عمل أكثر دقة)

المغلقة ليس فقط لـ (نيروفيدباك): نحو تفاعل بين الدماغ والكتل

والرؤية النهائية هي تفاعل غير سليم بين العقل والعقل حيث يمتد التكيف المغلقة إلى ما يتجاوز التدريب، تخيل منزل ذكي يضبط الأضواء والموسيقى على أساس حالتك المعرفية أو العاطفية، أو بيئة واقعية افتراضية تغير سردها للحفاظ على المشاركة، كما أن المقاييس التي يمكن أن تخلق خبرة ذاتية من الإشارات العصبية ستمكن من ذلك.

خاتمة

إن تطوير نظم التغذية العصبية المغلقة التي تعمل بها أجهزة تقويم الأعصاب، والتعلم في مجال الأجهزة العصبية، والتعلم في مجال الأجهزة الخلوية، والتطورات في مجال القدرة على معالجة الأمراض العصبية، والتطورات في مجال المعالجة النفسية، والتطورات في أماكن العمل، والتطورات في نوعية العمل، والتطورات في نوعية المعمل، والتطورات التي تُعالج في ظروف تتسم بالكفاءة في التعامل مع هذه العوامل.

References and Further Reading]