تعمل شركة Apple على تقنيات يمكنها تحويل أجهزة AirPods المستقبلية إلى أكثر من مجرد سماعات رأس: أجهزة قادرة على تسجيل وتفسير إشارات كهربائية معينة من الدماغ من الأذن نفسها. هذا ليس خيالًا علميًا مباشرًا، بل هو مسار بحثي قد يُغيّر، على المدى المتوسط أو البعيد، طريقة فهمنا للصحة الرقمية.
وراء هذه الفكرة لا يوجد مشروع واحد، بل مجموعة من الدراسات العلمية والتقنيات المتقدمة الذكاء الاصطناعي المطبق على إشارات تخطيط كهربية الدماغ (EEG) وطلبات براءات اختراع متعلقة بقياس الإشارات الحيوية من قناة الأذن. ورغم عدم الإعلان عن أي منتج تجاري اليوم، إلا أن الوثائق التي نشرتها الشركة تُقدم مؤشرات واضحة إلى حد ما حول مستقبل هذا الجهاز.
محاولة أبل لفك تشفير تخطيط كهربية الدماغ دون تدخل بشري
أحد أحجار الزاوية لهذا التطور المحتمل لسماعات AirPods هو دراسة يقدم فيها باحثو Apple طريقة لنموذج الذكاء الاصطناعي لتعلم البنية الزمنية للنشاط الكهربائي في الدماغ دون الاعتماد على خبراء لتصنيف البيانات يدويًا. يركز هذا النهج على الاستفادة من كميات كبيرة من تسجيلات تخطيط كهربية الدماغ الخام.
الطريقة التي سميت باسم PARS (التحول النسبي في اتجاهين جويين)يندرج هذا ضمن فئة التعلم الذاتي الإشراف. فبدلاً من توجيه النظام لتحديد الأجزاء المقابلة لكل مرحلة من مراحل النوم أو نوبة صرع، يستقبل النموذج أزواجًا مستخرجة عشوائيًا من مقاطع إشارات تخطيط كهربية الدماغ، وعليه تخمين الفارق الزمني بينها.
من خلال إجبار الذكاء الاصطناعي على حل "لغز" المواضع النسبية، يحصل PARS على النموذج لالتقاط تدريجيًا التكوين العالمي للإشارات العصبية بمرور الوقتتتجاوز الأنماط المحلية البسيطة. بهذه الطريقة، يتم الحصول على تمثيلات داخلية مفيدة يمكن إعادة استخدامها في المهام السريرية مثل تصنيف مراحل النوم أو اكتشاف النوبات.
وفقًا للنتائج المنشورة، تم تدريب المحولات مسبقًا باستخدام PARS تطابق أو تجاوز الأداء من استراتيجيات التعلم الذاتي الأخرى في ثلاثة من أصل أربعة اختبارات باستخدام مجموعات بيانات تخطيط كهربية الدماغ المختلفة. يشير هذا إلى أن النموذج لا يكتفي بسد الثغرات في الإشارة فحسب، بل يفهم أيضًا العلاقات بعيدة المدى بين مختلف نقاط نشاط الدماغ.
أحد الجوانب الأكثر إثارة للاهتمام في الدراسة هو أنها تتضمن سجلات تم التقاطها باستخدام أنظمة تخطيط كهربية الدماغ للأذنأي أن القياسات تُؤخذ من الأذن بدلاً من فروة الرأس. هذا الخيار أكثر راحةً وراحةً، ويتناسب تمامًا مع فكرة دمجه في أجهزة مثل AirPods.
من المختبر إلى الأذن: لماذا يتناسب تخطيط كهربية الدماغ للأذن مع سماعات AirPods
من بين مجموعات البيانات المستخدمة لتقييم PARS هي EESM17 (مراقبة النوم باستخدام تخطيط كهربية الدماغ للأذن 2017)، والتي تجمع التسجيلات الليلية مع نظام تخطيط كهربية الأذن المحمول متعدد القنوات، مُدمج مع تخطيط كهربية الدماغ التقليدي لفروة الرأس. يُثبت هذا النوع من الأجهزة إمكانية الحصول على معلومات دماغية مهمة من الأذن.
يستخدم تخطيط كهربية الدماغ الأذني أقطابًا كهربائية تُوضع داخل الأذن الخارجية أو حولها. ورغم أن الإشارات أضعف وأكثر ضوضاءً من تلك المسجلة مباشرةً على الرأس، إلا أنها تنعكس بشكل مستقل. الجوانب المفيدة سريريًا مثل مراحل النوم أو أنماط معينة مرتبطة بنوبات الصرع. الميزة الواضحة هي أن الجهاز أقل حجمًا وأكثر سرية.
في سياق شركة Apple، كانت الشركة تضيف أجهزة استشعار صحية إلى أجهزتها لسنوات: تخطيط القلب على Apple Watch، قياسات الأكسجين في الدم، معدل ضربات القلب المتقدم ومؤخرًا، ظهرت أجهزة استشعار مثل جهاز تخطيط نبضات الدماغ الضوئي (PPG) في سماعات الرأس. والخطوة التالية، وفقًا للأبحاث وبراءات الاختراع، هي استكشاف إمكانية مراقبة نشاط الدماغ من الأذن.
لا تبدو فكرة نموذج AirPods المستقبلي الذي يتضمن مستشعرات EEG بعيدة المنال عندما تفكر في ذلك تنسيق واسع الاستخدامإن الجمع بين تنسيق معتمد على نطاق واسع، مثل سماعات الرأس اللاسلكية، مع قدرات طبية أو صحية جديدة قد يتناسب بشكل جيد مع استراتيجية الصحة الرقمية التي تروج لها شركة Apple منذ سنوات.
إلى جانب الدراسة العلمية حول مرض بارس، تم تحديد عوامل أخرى أيضًا. وثائق الملكية الفكرية والتي تصف بطريقة ملموسة إلى حد ما كيف يمكن تنفيذ هذه المستشعرات في جهاز استهلاكي واسع النطاق.
براءة اختراع تشير إلى سماعات AirPods المزودة بأجهزة استشعار الإشارات الحيوية
في عام 2023، تقدمت شركة Apple بطلب براءة اختراع لـ "جهاز إلكتروني محمول لقياس الإشارات الحيوية" على الرغم من أن النص لا يذكر AirPods صراحةً، إلا أن الرسوم التوضيحية والأوصاف تُذكّرنا بشكل سماعات الأذن.
تشير براءة الاختراع إلى أنه يمكن قياس نشاط الدماغ ليس فقط باستخدام الأقطاب الكهربائية على فروة الرأس، ولكن أيضًا باستخدام أقطاب كهربائية توضع داخل الأذن الخارجية أو حولهايقدم الخيار الثاني مزايا واضحة: وضوح أقل لأجهزة الاستشعار، وراحة أكبر للمستخدم، وقدرة أكبر على الحركة، مقارنة بالأنظمة السريرية التقليدية التي تستخدم الأشرطة والمواد الهلامية الموصلة.
ومع ذلك، فإن الوثيقة نفسها تعترف بأنه من أجل تحقيق قياس دقيق باستخدام جهاز تخطيط كهربية الدماغ الأذيني، قد يكون من الضروري تخصيص المقاس للأذن لكل شخص. تختلف مناطق مثل المحارة أو قناة الأذن أو الزنمة بشكل كبير من فرد لآخر، مما يجعل من الصعب ضمان تصميم واحد وضع الأقطاب الكهربائية الأمثل في جميع الحالات.
للتغلب على هذا القيد، تقترح براءة الاختراع نظامًا يتم فيه دمج سماعات الرأس أجهزة استشعار أكثر مما هو ضروري تمامًاموزعة حول أطراف الأذنين. سيحدد نموذج الذكاء الاصطناعي، من بين جميع هذه الأقطاب الكهربائية، الأقطاب التي توفر أفضل جودة إشارة بناءً على مقاييس مثل المقاومة، ومستوى الضوضاء، وجودة ملامسة الجلد.
سيقوم الجهاز بدمج الإشارات من نقاط القياس المختلفة، مع تعيين وزن مختلف لكل قطب كهربائي وبالتالي توليد موجة دماغية مُحسّنة "مُندمجة"وتتضمن براءة الاختراع نفسها أيضًا إيماءات لمس أو الضغط على سماعة الأذن لبدء أو إيقاف التقاط الإشارات الحيوية، بالإضافة إلى العديد من البدائل التصميمية للتكيف مع آذان مختلفة.
كيف قد يعمل النظام في أجهزة AirPods المستقبلية
يُشير ربط أجزاء اللغز - طريقة PARS، وتخطيط كهربية الدماغ للأذن، وبراءة الاختراع - إلى سيناريو تشغيل مُحتمل لسماعات الرأس المُزودة بقدرات قراءة إشارات الدماغ. ستُدمج سماعات AirPods الأقطاب الكهربائية الحيوية وأجهزة الاستشعار في الغلاف الداخلي، وفي المناطق التي تلامس قناة الأذن والأذن الخارجية.
ستسجل هذه المستشعرات اختلافات صغيرة في الإمكانات الكهربائية المرتبطة بالنشاط العصبي والإشارات الحيوية القريبة الأخرى، مثل نشاط العضلات أو نبض حجم الدمستقوم شريحة متكاملة في كل سماعة أذن بمعالجة الإشارة مسبقًا وتقسيمها إلى مناطق وتطبيق مرشحات أساسية لتقليل بعض الضوضاء. ضبط مستوى صوت التأثيرات.
تُنقل البيانات لاسلكيًا بعد ذلك إلى جهاز iPhone أو iPad أو Apple Watch، حيث يقوم نموذج ذكاء اصطناعي أكثر تعقيدًا - ربما يعتمد على مناهج مشابهة لـ PARS - بتحليل المعلومات. بفضل التدريب المسبق المُشرف ذاتيًا، يُمكن للنظام التعرف على أنماط النوم أو اكتشاف الشذوذ دون الحاجة إلى طبيب أعصاب لوضع علامة على كل سجل مسبقًا.
من بين الاستخدامات المحتملة المذكورة في الوثائق مراقبة مرحلة النوم، والكشف عن النوبات أو الاضطرابات العصبية، وتتبع مؤشرات صحية أخرى تتعلق بالجهاز العصبي والدورة الدموية. كما لا يُستبعد استخدام هذه التقنية في [غير واضح - ربما "شخصي" أو "طبي"]. مهام التركيز، حالة اليقظة أو الوقاية من التعب.
في الاستخدام اليومي، لن يحتاج المستخدم إلى فعل الكثير سوى وضع سماعات الرأس كالمعتاد. يمكن تشغيل النظام في الخلفية، ويتم تنشيطه يدويًا بإيماءة (على سبيل المثال، ميزة الاستماع المباشر) أو على أساس مجدول - على سبيل المثال، طوال الليل - لتسجيل النشاط ثم عرضه تقارير موجزة عن جودة الراحة أو الحوادث المحتملة.
مزايا وعيوب قياس الدماغ من الأذن
إن اختيار الأذن كنقطة قياس ليس صدفة. فعلى المستوى العملي، يوفر نظام تخطيط كهربية الدماغ للأذن visibilidad muy reducida وبالمقارنة مع سماعات تخطيط كهربية الدماغ التقليدية، فإن هذا الأمر قد يسهل في أوروبا استخدامها اليومي في البيئات المنزلية والأماكن العامة دون جذب الانتباه.
علاوة على ذلك، تعد سماعات الرأس من الملحقات التي يستخدمها العديد من الأشخاص بالفعل يوميًا، مما يفتح الباب أمام القياسات المتكررة والطولية دون الحاجة إلى زيارة الطبيب لكل تسجيل. قد يكون هذا مفيدًا بشكل خاص لمن يخضعون لعلاجات عصبية أو يحتاجون إلى مراقبة نومهم بانتظام.
ومع ذلك، فليست هذه هي المزايا كلها. إشارات أضعف وأكثر ضوضاء تتطلب البيانات التي يتم جمعها في الأذن نشر استراتيجيات معالجة أكثر تطلبًا، مثل التبديل بين أوضاع التحكم في الضوضاء على AirPodsيمكن أن تؤدي الأنشطة اليومية مثل التحدث أو المضغ أو ممارسة التمارين الرياضية إلى ظهور آثار تؤدي إلى تشويه القراءة.
يلعب تركيب سماعة الأذن نفسها دورًا أيضًا: فأي تغيير طفيف في موضعها قد يؤثر على جودة ملامسة الجلد، وبالتالي على دقة القياس. يتطلب حل هذه المشكلات الجمع بين تصميم مريح للغاية ودقيق مع خوارزميات تعويض الضوضاء والمعايرة المستمرة.
من وجهة نظر سريرية، من المرجح أنه في المرحلة الأولية على الأقل، سيتم وضع هذا النوع من الأجهزة بالقرب من المراقبة العامة والمتابعة العامة للتشخيص الطبي الرسمي. في أوروبا، أي خطوة نحو تنظيم الاستخدامات الصحية ستتطلب إشراف هيئات مثل الوكالة الأوروبية للأدوية (EMA) أو الهيئات الوطنية للمنتجات الصحية.
الآثار المترتبة على الخصوصية والتنظيم في أوروبا
وبعيدًا عن التحديات التقنية، فإن إمكانية قراءة سماعات الرأس لنشاط الدماغ تفتح نقاشًا مهمًا حول الخصوصية وأمن البيانات والتنظيم، وهو أمر ذو أهمية خاصة في الاتحاد الأوروبي، حيث أن اللائحة العامة لحماية البيانات (GDPR) صارمة بشكل خاص.
يمكن أن تكشف تسجيلات تخطيط كهربية الدماغ عن معلومات حساسة للغاية: أنماط النوم، وحالات اليقظة، والاضطرابات العصبية المحتملة، أو حتى في المستقبل، المؤشرات غير المباشرة لمستوى الرعايةيقع كل هذا ضمن فئة البيانات الصحية، والتي يحميها قانون حماية البيانات العامة بشكل معزز ويتطلب أسسًا قانونية واضحة وموافقة صريحة.
في هذا السياق، يتعين على شركة مثل Apple أن تضمن تشفير قوي للإشارات الحيوية سواءً أثناء النقل أو السكون، بالإضافة إلى آليات شفافة تُمكّن المستخدم من معرفة ما يتم قياسه، والغرض منه، ومدة الاحتفاظ بالبيانات. كما يُعدّ التحكم في حذف المعلومات وسهولة نقلها أمرًا بالغ الأهمية.
هناك نقطة حساسة أخرى، وهي الحدود المحتملة بين المنتج الاستهلاكي والجهاز الطبي الخاضع للتنظيم. إذا سُوِّقت أجهزة AirPods المستقبلية المزوّدة بمستشعرات تخطيط كهربية الدماغ كأداة لتحسين الصحة العامة - على سبيل المثال، لقياس جودة النوم - فستتبع مسارًا تنظيميًا مختلفًا عن الجهاز المصمم لتشخيص الأمراض أو علاجها، والذي يتطلب لوائح تنظيمية محددة. التقييمات السريرية الرسمية والشهادات المحددة.
أبدت الجهات التنظيمية الأوروبية اهتمامها بتوسيع نطاق الصحة الرقمية والأجهزة القابلة للارتداء. ومن المرجح أن يُجبر أي تقدم في قراءة إشارات الدماغ من سماعات الرأس مراجعة وتحديد الأطر التنظيميةلمنع الابتكار من تجاوز الضمانات المقدمة للمواطنين.
الحالة الحالية للتطوير والأفق الزمني
مع كل ما تم نشره، قد يكون الوضع الحالي لا يشير أي منها إلى الإطلاق الوشيك. هناك ثلاثة مجالات: أبحاث الذكاء الاصطناعي المُطبّق على تخطيط كهربية الدماغ، وبراءات اختراع تصف أجهزة مصممة لقياس الإشارات الحيوية من الأذن، وأمثلة على شركات مصنعة أخرى تتخذ خطوات في هذا الاتجاه. لا يشير أيٌّ من هذه المجالات، في الوقت الحالي، إلى إطلاق وشيك لسماعات AirPods التي تقرأ بيانات الدماغ.
توضح الدراسة التي أجرتها شركة Apple على PARS أنها البحث والتجريبليس لمنتج محدد في مرحلته النهائية. الهدف الرئيسي هو اختبار قدرة النموذج على تعلم البنية الزمنية لموجات الدماغ تلقائيًا من بيانات غير مُعَلَّمة، وما إذا كان هذا يُحسِّن الأداء في مهام فك التشفير المختلفة.
وفي الوقت نفسه، تتضمن براءة الاختراع لعام 2023 تفاصيل تنفيذ محتمل للأقطاب الكهربائية وأجهزة الاستشعار في سماعات الرأس، ولكن لا تترجم براءات الاختراع دائمًا إلى منتجاتوكثيراً ما تُستخدم هذه السياسات لحماية مسارات التطوير أو التغطية على الأفكار التي قد يُعاد النظر فيها بعد سنوات، إذا نضجت التكنولوجيا ونظر إليها السوق بشكل إيجابي.
وفي الوقت نفسه، أطلقت شركات مثل Aware Custom Biometric Wearables بالفعل سماعات رأس مصممة خصيصًا لالتقاط نشاط الدماغ وإشارات مرتبطة بالعصب المبهم والأوعية الدموية في قناة الأذن. تُظهر هذه الأمثلة أن قطاع الأجهزة القابلة للارتداء البيومترية ليس ظاهرةً غريبةً معزولةً، بل هو مجالٌ يشهد نموًا متسارعًا.
نظرًا للوتيرة المعتادة للصناعة والحاجة إلى التحقق الدقيق من صحة هذه التقنيات، لا يبدو من المرجح أن تُطرح سماعات AirPods المزودة بقراءات تخطيط كهربية الدماغ المتقدمة في السوق فورًا. ويقدر الخبراء أنه إذا استمرت نتائج الأبحاث إيجابية، فقد نتحدث عن... أطر زمنية لعدة سنوات أو حتى العقد القادم لرؤية حلول قوية ومتكاملة بشكل جيد في المنتجات الاستهلاكية.
نافذة خفية على نشاط الدماغ تُصنّع آبل المكونات اللازمة لأجهزة AirPods المستقبلية لتتجاوز الصوت وتعمل كنافذة سرية على نشاط دماغ المستخدم، حيث تجمع بين مستشعرات داخل الأذن، وخوارزميات ذكاء اصطناعي قادرة على التعلم دون تدخل بشري، وطبقة برمجية تُركز على العافية والصحة. سيعتمد الانتقال من المختبرات وبراءات الاختراع إلى الحياة اليومية للناس في إسبانيا وباقي أوروبا على النضج التقني واستجابة الجهات التنظيمية، بالإضافة إلى مدى استعداد المستخدمين لإيداع بيانات أدمغتهم في جهاز يُستخدم حاليًا للاستماع إلى الموسيقى فقط.
