بازگشت حس و حرکت به دستان یک مرد فلج با استفاده از ایمپلنت مغزی آزمایشی - سرمایه گذاری ایکیوسی

ساده است! روی دکمه روبرو کلیک کن و تیک کنار سایت خبرنگاران را بزن. بعدش هیچ کار دیگری لازم نیست و صفحه را ببند.

کلیک کن!

بسیاری از ما شاید تصور می کردیم که آسیب های شدید نخاعی، به ویژه وقتی منجر به فلج کامل از گردن به پایین می شوند، مسیری بی بازگشت هستند. پیش از این هم برایتان از کوشش های دانشمندان برای اتصال مغز به کامپیوتر نوشته بودم، حالا تعیین شده که این فناوری به مرحله ای رسیده که می تواند فراتر از جابه جا کردن یک نشانگر روی نمایشگر عمل کند. در این پست با هم می بینیم که چطور یک مرد 48 ساله که سال ها توانایی حرکت و حس کردن را از دست داده بود، حالا می تواند دوباره اشیا را لمس کند، آن ها را بردارد و حتی با دستان خودش غذا بخورد. این پیروزیت که ترکیبی از جراحی پیشرفته، هوش مصنوعی و درک عمیق از پلاستیسیته مغزی است، دریچه ای تازه به سوی درمان های نوین برای میلیون ها نفر در سراسر دنیا می گشاید.

دستیابی به حس لمس و حرکت پس از شش سال فلج کامل

کیت توماس (Keith Thomas) که شش سال پیش در اثر یک حادثه شیرجه دچار ضایعه نخاعی شدید و فلج از گردن به پایین شده بود، اکنون به یاری یک سیستم ایمپلنت مغزی آزمایشی، پیروز به بازیابی توانایی های حرکتی و حسی در دستان خود شده است. این دستاورد بزرگ که در ژورنال معتبر نیچر مدیسین (Nature Medicine) منتشر شده، گامی بلند در توسعه رابط های مغز و رایانه (BCI) محسوب می گردد.

نکته شگفت انگیز اینجاست که حتی ماه ها پس از خاموش شدن سیستم، توماس همچنان بخشی از توانایی های بازیابی شده خود را حفظ نموده است. این موضوع نشان می دهد که فناوری مذکور توانسته با تحریک انعطاف پذیری عصبی (Neuroplasticity)، سیستم عصبی او را تا حدی بازسازی کند.توماس اکنون می تواند کارهای ساده ای مثل نوازش کردن سگش یا پاک کردن صورتش را انجام دهد که برای فردی با شرایط او، یک معجزه در زندگی روزمره به شمار می رود.

تکنولوژی بای پس عصبی دوگانه چگونه کار می نماید؟

در سال گذشته، کیت توماس تحت یک عمل جراحی پیچیده نهاده شد که در آن پنج آرایه الکترودی در بخش های حرکتی و حسی قشر مغز او قرار داده شد. تیم پزشکی بعلاوه وصله های تحریکی را روی نخاع و ساعد او نصب کردند. این سیستم که به آن بای پس عصبی دوگانه گفته می گردد، مسیری فرعی برای سیگنال های عصبی ایجاد می نماید تا بن بست ناشی از آسیب نخاعی را دور بزنند. وقتی توماس میخواهد دست خود را حرکت دهد، الکترودهای کاشته شده فعالیت مغزی او را ثبت نموده و یک الگوریتم یادگیری ماشین (Machine Learning) این سیگنال ها را رمزگشایی می نماید. سپس این کدها به سیگنال های الکتریکی تبدیل شده و مستقیماً عضلات ساعد و نخاع او را تحریک می نمایند.

اما داستان به همین جا ختم نمی گردد. برای اینکه توماس بتواند اشیا را به درستی در دست بگیرد، احتیاج به حس لمس داشت. محققان حسگرهایی را در یک ارتز (Orthotic) سه بعدی تعبیه کردند که فشار وارد شده هنگام گرفتن اشیا را مقدار گیری می نماید. این داده ها به الگوهای تحریک الکتریکی در قشر حسی مغز تبدیل می شوند و به این ترتیب، بیمار واقعاً حس می نماید که چیزی را لمس نموده است. این الگوریتم با دقت 85 درصدی سیگنال های مغز او را تفسیر می نماید و باعث شده قدرت بازوی راست او 86 درصد و بازوی چپش 62 درصد افزایش یابد.

تکنیک آینه سازی قشری و بازسازی حس لامسه

یکی از بخش های بسیار نوآورانه این پژوهش، استفاده از تکنیکی به نام آینه سازی قشری (Cortical Mirroring) برای بازگرداندن حس به دست ها بود. محققان ابتدا فعالیت مغزی توماس را در حالی که او تصور می کرد در حال لمس شدن است، ضبط کردند. سپس با استفاده از تحریک الکتریکی قشر حسی و هم زمان تحریک نخاع و پوست، آن سیگنال های مغزی را بازسازی کردند. پس از 25 هفته تمرین مداوم با این روش، توماس توانست در نواحی از بدن که قبلاً کاملاً بی حس بودند، دوباره فشار و لمس را حس کند.

نتیجه این تمرینات به قدری دقیق بود که او حتی با چشم بندی بسته می توانست پوسته تخم مرغ های خالی و شنماینده را بدون شکستن بلند کند. نکته ای که محققان را بسیار امیدوار نموده، ماندگاری این نتایج است. در پیگیری های صورت گرفته، تعیین شد که این بهبودها بیش از دو سال دوام آورده اند. این ماندگاری نشان دهنده تغییرات فیزیکی و ساختاری در مسیرهای عصبی بیمار است که بر اثر تمرین با این سیستم هوشمند ایجاد شده است.

پیشینه علمی و تکامل رابط های مغز و رایانه

کوشش برای اتصال مستقیم مغز به ماشین ها سابقه ای چند دهه ای دارد، اما در سال های اخیر با پیشرفت هوش مصنوعی و کوچک سازی الکترودها، جهش بزرگی در این حوزه اتفاق افتاده است. پیش از این، بیشتر سیستم های BCI فقط یک طرفه بودند؛ یعنی سیگنال را از مغز می گرفتند تا یک بازوی رباتیک یا یک نشانگر در کامپیوتر را حرکت دهند. نوآوری کیت توماس در این است که سیستم به صورت حلقه بسته عمل می نماید؛ یعنی هم دستور حرکتی را از مغز می گیرد و هم بازخورد حسی را به مغز بازمی گرداند. این هماهنگی دقیق بین حس و حرکت است که به مغز اجازه می دهد دوباره خود را سازماندهی کند.

علاوه بر این، تحقیقات مشابهی نشان داده اند که این فناوری نه تنها برای حرکت، بلکه برای ارتباطات نیز انقلابی است. برای مثال، پژوهش های تازه نشان می دهند که افراد فلج توانسته اند با استفاده از ایمپلنت های مشابه، افکار خود را به کلمات تبدیل نموده و با سرعتی نزدیک به تایپ کردن یک فرد سالم در گوشی هوشمند، پیغام بنویسند. این ها همگی نشانه هایی از دوران تازهی در پزشکی هستند که در آن مرز بین بیولوژی و تکنولوژی در حال کمرنگ شدن است.

چالش های پیش رو و امیدهای آینده

با وجود پیروزیت خیره نماینده کیت توماس، متخصصان هشدار می دهند که هنوز راه درازی تا عمومی شدن این درمان به جای مانده است. یکی از چالش های اصلی، پیچیدگی بسیار زیاد جراحی و تنظیمات سیستم است. از آنجایی که این تحقیق فعلاً روی یک نفر صورت گرفته، دانشمندان باید مطمئن شوند که آیا این نتایج در افراد دیگر با آسیب های متفاوت نیز قابل تکرار است یا خیر. بعلاوه تشخیص اینکه دقیقاً کدام بخش از جراحی یا کدام الگوریتم بیشترین نقش را در بهبود داشته، کار دشواری است.

با این حال، این تحقیق ثابت کرد که سیستم عصبی انسان حتی سال ها پس از آسیب تماشا، پتانسیل بالایی برای بازسازی دارد. این پروژه نه تنها به عنوان یک هدف نهایی، بلکه به عنوان پلی برای تحقیقات آینده عمل می نماید. برای افرادی که با آسیب های نخاعی دست و پنجه نرم می نمایند، امکان انجام کارهای ساده ای مثل غذا خوردن یا لمس کردن عزیزانشان، معنای زندگی را به کلی تغییر می دهد. این ایمپلنت ها شاید روزی به کوچکی و سادگی دستگاه های ضربان ساز قلب شوند و زندگی میلیون ها انسان را متحول نمایند.