حسگری کوچکتر از لنز تماسی که در سطح مغز کاشته می‌شود و قادر است فکر حرکت دست را به فرمانی برای رایانه، بازوی رباتیک یا یک دستگاه ارتباطی تبدیل کند – این BrainGate است، یکی از دقیق‌ترین رابط‌های مغز و رایانه (BCI) مورد مطالعه در دو دهه گذشته. برین‌گیت که در اواخر دهه ۱۹۹۰ از آزمایشگاه‌های دانشگاه‌های ایالات متحده ظهور کرد، کانالی مستقیم بین مغز و جهان پیرامون برای افراد مبتلا به فلج شدید ایجاد کرده است. پشت این فناوری، مجموعه‌ای از بیش از 30 اختراع ثبت‌شده قرار دارد که از زمان ساخت اولیه‌ی آن توسط شرکت سازنده‌اش، یعنی قبل از اهدای کامل آن به دانشگاه تافتس در سال 2020، بیش از پانزده سال بین مالکان مختلف دست به دست شده و دوام آورده است.[L1]
از تحقیقات دانشگاهی تا یک شرکت نوپای پیشگام در حوزه نوروتکنولوژی
پایه‌های تحقیقاتی BrainGate در طول مجموعه‌ای از تحقیقات در دانشگاه براون، دانشگاه کلمبیا و دانشگاه هاروارد در طول دهه ۱۹۹۰ بنا نهاده شد. جان داناهیو، رئیس و بنیانگذار دپارتمان علوم اعصاب دانشگاه براون، تحقیقات کلیدی در مورد چگونگی رمزگذاری حرکات ارادی توسط قشر حرکتی مغز انجام داد و ثابت کرد که سیگنال‌های الکتریکی نورون‌های منفرد را می‌توان ضبط، رمزگشایی و برای هدایت دستگاه‌های خارجی استفاده کرد.
برای به‌کارگیری این اکتشافات در عرصه بالینی، داناهیو شرکت Cyberkinetics Neurotechnology Systems, Inc. (Cyberkinetics) را به عنوان یکی از شرکت‌های منشعب از دانشگاه براون مستقر در فاکسبورو، ماساچوست، تأسیس کرد. اولین دور تأمین مالی به مبلغ ۹ میلیون دلار آمریکا، به رهبری Oxford Bioscience Partners، سرمایه اولیه را تأمین کرد و متعاقباً Cyberkinetics بیش از ۴۰ میلیون دلار آمریکا برای تحقیق و توسعه جمع‌آوری کرد و سپس از طریق ادغام معکوس با Bionic Technologies Ltd در سال ۲۰۰۴ به سهام عمومی تبدیل شد. در همان سال، سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) اولین مورد از دو معافیت دستگاه تحقیقاتی (IDE) را برای شروع آزمایشات بالینی روی بیماران انسانی به Cyberkinetics اعطا کرد و سایت‌هایی در رود آیلند، ماساچوست و ایلینوی چهار شرکت‌کننده مبتلا به تتراپلژی را ثبت‌نام کردند.
چگونه سیستم BrainGate مغز را می‌خواند
سیستم رابط عصبی BrainGate در دو مرحله کار می‌کند: دریافت سیگنال در مغز و رمزگشایی سیگنال در خارج از آن.
جزء اصلی یک آرایه میکروالکترود است – یک مربع کوچک سیلیکونی حاوی ۱۰۰ الکترود به نازکی مو، کوچکتر از یک لنز تماسی – که با جراحی روی سطح قشر حرکتی قرار داده شده است. در آنجا، الکترودها فعالیت الکتریکی نورون‌های منفرد را در حالی که کاربر به حرکت فکر می‌کند، ثبت می‌کنند. سیگنال‌های حاصل به یک رمزگشای خارجی منتقل می‌شوند: نرم‌افزار و سخت‌افزاری که این الگوهای عصبی را به دستوراتی برای یک دستگاه خارجی تبدیل می‌کند، که ممکن است یک کامپیوتر رومیزی، یک صندلی چرخدار برقی، یک بازوی رباتیک یا یک سیستم ارتباطی باشد. هیچ حرکت فیزیکی لازم نیست. سیستم BrainGate اینتنت را می‌خواند و بر اساس آن عمل می‌کند.
در یک آزمایش اولیه، یک شرکت‌کننده که از گردن به پایین فلج شده بود، توانست ویلچر موتوری را هدایت کند، ایمیل‌ها را باز و مطالعه کند، بازی‌های ویدیویی انجام دهد و چراغ‌ها و تلویزیون را کنترل کند – کاملاً از طریق فکر. دانوگ گفت: «هدف نهایی ما توسعه سیستم BrainGate است تا بتوان آن را به بسیاری از دستگاه‌های مفید متصل کرد.» این فناوری برای کمک به افراد مبتلا به تتراپلژی، ALS، سکته مغزی و سایر بیماری‌هایی که باعث اختلال شدید حرکتی می‌شوند، طراحی شده است. یکی از شرکت‌کنندگان اولیه در پاسخ به این سوال که آیا می‌خواهد دوباره راه برود، به سادگی گفت: «نه، فقط دوست دارم بتوانم دماغم را بخارانم.» “
دو دهه نقاط عطف بالینی: از کنترل مکان‌نما تا گفتار
برنامه تحقیقاتی BrainGate از یک کارآزمایی بالینی تک مؤسسه‌ای به یک کنسرسیوم چند مؤسسه‌ای شامل دانشگاه براون، بیمارستان عمومی ماساچوست، دانشگاه استنفورد و مرکز پزشکی پراویدنس VA و سایر مراکز تبدیل شده است. این پروژه توسط لی هاچبرگ، استاد مهندسی و علوم مغز در دانشگاه براون و متخصص مغز و اعصاب مراقبت‌های ویژه در بیمارستان عمومی ماساچوست، کارگردانی شده است.
پیشرفت قابل توجهی بوده است. در سال ۲۰۱۲، مقاله‌ای که در مجله نیچر منتشر شد، گزارش داد که دو شرکت‌کننده مبتلا به سکته مغزی از سیستم BrainGate برای کنترل یک بازوی رباتیک در فضای سه‌بعدی استفاده کرده‌اند؛ یکی از شرکت‌کنندگان از آن برای نزدیک کردن قمقمه به لب‌هایش برای نوشیدن، کاملاً با هدایت ذهن، استفاده کرده است.[L1]
یک محدودیت عملی کلیدی سیستم اولیه – کابل‌های متصل کننده حسگر مغز به رمزگشا، که کاربران را به تنظیمات آزمایشگاهی متصل می‌کرد – در آوریل 2021، زمانی که کنسرسیوم BrainGate اولین استفاده انسانی از یک رابط مغز و کامپیوتر بی‌سیم با پهنای باند بالا را گزارش کرد، برطرف شد. [L1]یک فرستنده جمع و جور، تقریباً دو اینچ عرض، جایگزین کابل‌ها شد و سیگنال‌های مغزی را با وضوح تک نورونی منتقل می‌کرد. دو شرکت‌کننده مبتلا به آسیب نخاعی از سیستم بی‌سیم در خانه برای اشاره، کلیک و تایپ روی یک تبلت استاندارد استفاده کردند که عملکرد آن با سیستم سیمی قبلی مطابقت داشت.
ترمیم گفتار به یک مرز بسیار فعال تبدیل شده است. در سال ۲۰۲۳، کنسرسیوم BrainGate2 نتایجی را منتشر کرد طبیعت. com/articles/s41586-023-06377-x “target =”_blank ” > Nature نشان می‌دهد که یک شرکت‌کننده مبتلا به ALS که دیگر نمی‌توانست به طور قابل فهم صحبت کند، از طریق BCI متنی را با نرخ خطای کلمه ۹.۱٪ در یک دایره لغات ۵۰ کلمه‌ای و ۲۳ کلمه تولید کرده است. ۸٪ در یک دایره لغات ۱۲۵۰۰۰ کلمه‌ای – اولین رمزگشایی موفقیت‌آمیز گفتار با دایره لغات گسترده از یک رابط مغز و کامپیوتر درون قشری. در آگوست ۲۰۲۴، یکی دیگر از شرکت‌کنندگان در آزمایش بالینی BrainGate2 که مبتلا به ALS بود، در مکالمه طبیعی و بدون متن، به دقت رمزگشایی ۹۷٪ دست یافت و اکنون روزانه از این سیستم برای ارتباط با خانواده، همکاران و مراقبان خود استفاده می‌کند. [L1]در سال ۲۰۲۵، محققان یافته‌هایی را در مجله Cell منتشر کردند که نشان می‌داد کاربران ایمپلنت BrainGate در مطالعه‌ای شرکت کرده‌اند که با موفقیت گفتار درونی – کلمات تصور شده به جای تلاش برای گفتار – را از فعالیت عصبی رمزگشایی کرده و بُعد دیگری را برای ارتباط مبتنی بر فکر گشوده است.[L1]
بزرگترین تحلیل ایمنی تا به امروز، که در ژانویه 2023 در مجله Neurology منتشر شد، بر اساس داده‌های 12203 شرکت‌کننده-روز از 14 بزرگسال ثبت‌شده در آزمایش‌های BrainGate بین سال‌های 2004 تا 2021 انجام شد. این تحلیل تنها شش عارضه جانبی جدی مرتبط با دستگاه یا کاشت آن را شناسایی کرد و نتیجه گرفت که مشخصات ایمنی سیستم رابط عصبی BrainGate با سایر دستگاه‌های عصبی کاشته‌شده مزمن، از جمله محرک‌های عمقی مغز تأییدشده، قابل مقایسه است.[L1]
حفاظت از فناوری: مجموعه اختراعات و علائم تجاری BrainGate
ایجاد یک مجموعه پتنت بین‌المللی از ابتدا در استراتژی سایبرکینتیکس محوریت داشت. این شرکت مجموعه‌ای از پتنت‌ها را گردآوری کرده است که از فناوری سیستم رابط عصبی ( wipo.int/search/en/detail.jsf؟ docId = US41693473 ” > سیستم رابط بیولوژیکی)، روال آموزشی مرتبط ( روال آموزشی بیمار برای سیستم رابط بیولوژیکی )، و یک ایمپلنت پوستی که سیگنال‌ها را بین یک حسگر کاشته شده در بیمار و یک دستگاه خارجی منتقل می‌کند ( ایمپلنت پوستی )، و موارد دیگر. برای درخواست حمایت در حوزه‌های قضایی متعدد از طریق یک درخواست بین‌المللی واحد، سایبرکینتیکس دوازده درخواست را از طریق سیستم PCT ثبت کرد، از جمله سیستم بازسازی عصب و دستگاه‌های سربی مرتبط با آن که در بیش از ۱۰۰ کشور تعیین شده بودند.[L1][L2]
سایبرکینتیکس در کنار استراتژی ثبت اختراع خود، مجموعه‌ای از علائم تجاری را در ایالات متحده به ثبت رساند، از جمله BrainGate™، Cyberkinetics™، NeuroPort ®، Cerebus ®، Bionics ®، و شعارهای “تبدیل افکار به عمل” ® و “Wired for Thought” ™. در بخشی که اعتبار نهادی بسیار مهم است، حفاظت از علامت تجاری هم اهداف تجاری و هم اهداف اعتباری را دنبال می‌کرد.
از راه‌اندازی تا مدیریت دانشگاه: چگونه مالکیت معنوی BrainGate دست به دست شد
علیرغم وعده‌های علمی BrainGate، سایبرکینتیکس از نظر مالی با مشکل مواجه شد. پس از عرضه عمومی سهام در سال ۲۰۰۴، سهام این شرکت در سال ۲۰۰۶ شروع به کاهش کرد و تا سال ۲۰۰۷ به کمتر از یک سنت به ازای هر سهم رسید و این امر باعث شد که این شرکت نتواند سرمایه بیشتری جذب کند. [L1]شرکت ورشکست شد و شروع به فروش دارایی‌هایش کرد.
در سال ۲۰۰۹، مجموعه مالکیت معنوی BrainGate – شامل پتنت‌ها، علائم تجاری، اسرار تجاری و نام دامنه cyberkinetics.com – توسط جفری استیبل، فارغ‌التحصیل و کارآفرین دانشگاه تافتس، با قیمتی کمتر از ۱ میلیون دلار آمریکا خریداری شد. استیبل شرکت BrainGate را برای مدیریت و پیشبرد سبد محصولات خود تأسیس کرد. [L1]در زمان خرید، این مجموعه شامل بیش از 30 اختراع ثبت‌شده و در حال بررسی مربوط به رابط‌های عصبی بود که بر اساس مالکیت معنوی بنیادی از دانشگاه اموری، دانشگاه براون، دانشگاه یوتا، دانشگاه کلمبیا و MIT و همچنین از خود مجموعه سایبرکینتیکس تهیه شده بود.[L1]
تحت نظارت استیبل، شرکت BrainGate فناوری رابط عصبی را به صورت رایگان در اختیار محققان دانشگاهی قرار داد و به توسعه پایگاه مالکیت معنوی ادامه داد. در سپتامبر ۲۰۲۰، استیبل و شرکایش شرکت BrainGate, Inc. و کل مجموعه مالکیت معنوی آن را به دانشگاه تافتس اهدا کردند، جایی که اکنون زیربنای کنسرسیوم استیبل-دنت برای علوم مغز و شناخت است. استیبل در آن زمان گفت: «با توجه به اینکه فناوری بنیادی BrainGate اساس اکثر، اگر نگوییم همه، تراشه‌های مغزی است که در حال حاضر – پزشکی و تجاری – در حال توسعه هستند، هدف ما ایجاد یک قطب جهانی برای علوم شناختی و مغز در دانشگاه است که بتواند با نهادهای خصوصی و دولتی برای توسعه مسئولانه این فناوری متحول‌کننده همکاری کند.»
در همین حال، داناهیو به عنوان یک چهره پیشرو در تحقیقات جهانی BCI، از جمله به عنوان مدیر موسس مرکز مهندسی زیستی و عصبی ویس در ژنو، سوئیس که در سال ۲۰۱۴ تأسیس شد، به فعالیت خود ادامه داده است.[L1]
مالکیت فکری به عنوان بستری برای نوآوری پایدار در فناوری عصبی
مجموعه مالکیت فکری BrainGate از شرکتی که آن را ایجاد کرده بود، بیشتر دوام آورد و فناوری را از طریق تغییرات مالکیت، چرخه‌های تأمین مالی و تغییرات در چشم‌انداز تحقیقات، حفظ کرد. برای نوآورانی که در مرز فناوری پزشکی کار می‌کنند – جایی که جدول زمانی توسعه بالینی طولانی است، بودجه غیرقابل پیش‌بینی است و تجاری‌سازی به ندرت ساده است – BrainGate نشان می‌دهد که مالکیت فکری نه تنها یک ابزار رقابتی، بلکه نوعی تداوم نهادی است. همزمان با رشد جهانی حوزه BCI و ورود سایر شرکت‌کنندگان به فضایی که BrainGate به تعریف آن کمک کرد، چارچوب مالکیت فکری ساخته شده در اوایل دهه 2000 همچنان به شکل‌دهی توسعه این فناوری عصبی بنیادی ادامه می‌دهد.
