หลักการแม้จะเก่าแก่เพียงใด หากใช้แล้วมันเวิร์ก จะอีกกี่ปีก็ยังเวิร์ก แถมยังประยุกต์ใช้ได้อย่างน่าอัศจรรย์
นักประสาทวิทยาใช้วิธีเดียวกันกับ อลัน ทัวริ่ง (Alan Turing) นักคณิตศาสตร์และผู้มีอิทธิพลแห่งวงการวิทยาการคอมพิวเตอร์ ในการดัดแปลงไขรหัสประสาทสมองที่ซับซ้อน เพื่อออกแบบแขนกลเทียมในอนาคตที่จะตอบสนองได้รวดเร็วเป็นธรรมชาติขึ้น ราวกับแขนของเราจริงๆ
เครื่อง Enigma (Photo : British Museum)
ถ้าคุณเป็นแฟนประวัติศาสตร์สงครามโลกครั้งที่ 1 และ 2 คงเคยได้ยินชื่อเครื่อง ‘Enigma’ (อินิกมา) ซึ่งเป็นเครื่องเข้ารหัสและถอดรหัสสารลับที่ชาวเยอรมันภูมิใจเป็นอย่างมาก จนได้รับการขนานนามว่า ‘ไม่มีทางไขรหัสออก’ ในตอนนั้น นาซีเยอรมันก็ใช้เครื่อง Enigma ในการส่งสารลับสุดยอดที่มักเกี่ยวข้องกับยุทธศาสตร์สำคัญ จุดเด่นของ Enigma คือ มีการเข้ารหัสที่ซับซ้อนและแยบคายมากๆ จนข้อความที่ได้เหมือนเป็นอักษรที่พิมพ์มั่วๆ ส่งเดช ไม่ได้มีความหมายอะไร ทำให้เยอรมันนำมาใช้สนับสนุนยุทธศาสตร์ที่ดุดันฟ้าแลบในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ได้สำเร็จหลายต่อหลายครั้ง
แต่ความมั่นใจนี้ก็ไม่ต่างจากเรือไททานิก เพราะภูเขาน้ำแข็งลูกใหญ่ที่เข้ามาปะทะ คือความพยายามของอังกฤษที่พัฒนาโครงการลับสุดยอดเพื่อไขรหัส Enigma โดยมี อลัน ทัวริ่ง เป็นผู้นำโครงการในการถอดความถี่และการเรียงตัวอักษร แปลงอักษรที่ไม่มีความหมายซึ่งเป็นข้อความลับสุดยอดที่นาซีอำพรางไว้ จนในที่สุดก็ สามารถถอดรหัสเครื่อง Enigma ได้สำเร็จอย่างสมบูรณ์ และมีส่วนช่วยให้สัมพันธมิตรสามารถต่อต้านแผนการจู่โจมลับของกองทัพนาซีเยอรมัน และชนะสงครามในที่สุด
ตั้งแต่สงครามโลกครั้งที่ 2 ผ่านพ้นไป เรื่องราวของการแกะรหัส Enigma ยังคงสร้างแรงบันดาลใจให้กับทุกแวดวง รวมถึงแวดวงประสาทวิทยาศาสตร์ (Neuroscience) ที่ในปัจจุบันเรากำลังพัฒนาอวัยวะเทียมที่มีคุณภาพมากขึ้น น้ำหนักเบา แต่ถึงอย่างนั้น เมื่อนำมาทดลองใช้กับมนุษย์แล้ว อวัยวะเทียมกลับเคลื่อนไหวได้ไม่ทันใจ และไม่เหมือนแขนขาของเราจริงๆ เพราะมีอุปสรรคอยู่ที่ว่าการแปลงสัญญาณสมองกับการเคลื่อนไหวของร่างกายยังไม่สามารถเข้ากันได้อย่างแม่นยำและนุ่มนวล
Alan Turing (อลัน ทัวริง) ขณะอยู่ที่ Bletchley Park
Enigma สู่แขนกลในอนาคต
การเคลื่อนไหวของพวกเรามีความละเอียดอ่อนขั้นสุดยอดที่พัฒนาและผ่านการขัดเกลาจากวิวัฒนาการนับร้อยล้านปี การเคลื่อนไหวง่ายๆ อย่างการเดิน การเอื้อมมือไปจับสิ่งของ ทุกอย่างล้วนเกิดขึ้นอย่างอัตโนมัติในสมองโดยเซลล์ประสาทจะสื่อสารไปยังกล้ามเนื้อให้เคลื่อนไหวอย่างเป็นธรรมชาติ นักประสาทวิทยา Eva Dyer จากมหาวิทยาลัย Georgia Institute of Technology and Emory จึงกลับไปตั้งสมมติฐานว่า หากการสื่อสารของเซลล์ประสาทมาสู่กล้ามเนื้อนั้นถูก ‘ใส่รหัส’ และมีหลักการไม่ต่างจากการใส่รหัสลับเครื่อง Enigma ล่ะ
หากเราใช้กลยุทธ์เดียวกันกับ อลัน ทัวริ่ง ในการไขรหัสเซลล์ประสาท ก็อาจจะทำให้เราเข้าใจกลไกของสมองมากขึ้นมาอีกก้าว เธอจึงใช้แรงบันดาลใจจากการไขรหัส Enigma นี้มาใช้ในวงการประสาทวิทยาซึ่งยังไม่เคยมีใครทำมาก่อน และตีพิมพ์ผลงานวิจัยในวารสารวิชาการ Nature Biomedical Engineering
Eva Dyer จากมหาวิทยาลัย Georgia Institute of Technology and Emory (Photo: Georgia Tech / Rob Felt)
การสั่งให้อวัยวะเทียม (Prosthetic limbs) เคลื่อนไหวมาจากวงจรที่สื่อสารระหว่างสมอง โดยเทคนิคที่หยิบยืมมาจากสงครามโลกนั้นมีหลักการที่คล้ายกันคือใช้อัลกอริทึ่มช่วยในการถอดรหัสการสื่อสารของเซลล์ประสาทที่ชื่อว่า ‘Supervised Decoder’ โดยอัลกอริทึ่มตัวนี้จะทำการบันทึกสัญญาณที่เกิดระหว่างระบบประสาทและรายละเอียดการเคลื่อนไหวของแขนขา ทั้งตำแหน่งอวัยวะ ความเร็วในการเคลื่อนไหวโดยละเอียด
(Photo: Nature)
จากนั้นก็นำเอาข้อมูลต่างๆ มาให้อัลกอริทึ่มช่วยถอดรหัสรูปแบบสัญญาณประสาทกับการเคลื่อนไหวเข้าด้วยกัน เนื่องจากมีข้อมูลจำนวนมากจากทั้ง 2 ฝั่งข้อมูล จึงเป็นกระบวนการที่ต้องใช้เวลาให้อัลกอริทึ่มเรียนรู้และจดจำ คล้ายการนำลำดับอักษรมาป้อนในเครื่องถอดรหัส Enigma ให้สามารถไขอักษรที่เคยไม่มีความหมาย ย้อนกลับไปเป็นข้อความที่มีความหมายได้
โดยหลักการถือว่าใกล้เคียงกัน แต่ในปัจจุบันเรามีอัลกอรึทิ่มเป็นผู้ช่วย ซึ่งมีความสามารถประมวลผลข้อมูลครั้งละมากๆ จากเซลล์ประสาทนับพันล้านเซลล์ได้
ดังนั้นเราจะได้ ‘รหัสลับ’ (encrypted message) ที่เป็นกิจกรรมของเซลล์ประสาทในสมองสอดคล้องกับการเคลื่อนไหวของร่างกายแต่ละส่วน ทำให้การเคลื่อนไหวของอวัยวะเทียมเป็นธรรมชาติมากและนุ่มนวลมากขึ้น งานวิจัยนี้ได้ทดลองกับลิงแม็กแคก (Macaques) 3 ตัว โดยสอนให้พวกมันใช้แขนเทียมในการเคลื่อนไหวลูกศร (cursor) ไปยังตัวอักษรที่นักวิจัยต้องการได้ ลิงใช้เวลาเรียนรู้เพียงเล็กน้อยก็สามารถใช้แขนกลเทียมได้อย่างเป็นธรรมชาติ ระหว่างนั้น ทีมวิจัยจะฝังขั้วอิเล็กโทรด ไว้บนสมองส่วนควบคุมการเคลื่อนไหว (Motor Cortex) ซึ่งกินพื้นที่ 100 Neuron เพื่อสังเกตพฤติกรรมของเซลล์ประสาทที่เกิดขึ้นเมื่อลิงมีการเคลื่อนไหว
สิ่งที่เราจะได้คือ รูปแบบ (pattern) ของกิจกรรมทางประสาทที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดระหว่างสมองและกล้ามเนื้อแขนขาที่สื่อสารกัน ลดความหน่วงในการเคลื่อนไหว มีความเป็นธรรมชาติ ไม่ดูแข็งทื่อเหมือนเครื่องจักร ที่แม้แต่สัตว์ยังสามารถใช้แขนกลนี้ได้อย่างเป็นธรรมชาติ ซึ่งน่าสนใจว่ามนุษย์จะเรียนรู้และใช้ได้อย่างละเอียดอ่อนแค่ไหนหากลองนำอวัยวะเทียมเหล่านี้มาใช้ เพราะในปัจจุบันงานวิจัยนี้ยังทดลองในระดับสัตว์ทดลองเท่านั้น
การนำมาปรับใช้กับมนุษย์ยังเป็น Concept ที่มี ‘แนวโน้ม’ เป็นไปได้ เทคนิคการใช้แนวคิดไขรหัสลับ Enigma ก็ยังไม่มีการวิจัยแข่งขันมากนัก จึงมีพื้นที่ให้ลองผิดลองถูกอีกมาก แต่สิ่งสำคัญที่ทำให้เราเห็นว่า การวิจัยพื้นฐานช่วยสร้างองค์ความรู้ที่นำมาต่อยอดข้ามสายข้ามศาสตร์ได้อย่างน่าอัศจรรย์ จากความคิดสร้างสรรค์ที่ไม่จำกัด ใครจะไปคิดว่า การถอดรหัสลับ Enigma ในสงครามโลก จะนำมาสู่ประยุกต์ใช้แขนขาเทียมในอนาคต
อ้างอิงข้อมูลจาก
- A cryptography-based approach for movement decoding
