بازگشت حس و حرکت به دستان یک مرد فلج با استفاده از ایمپلنت مغزی آزمایشی
کلیک کن!
بسیاری از ما شاید تصور میکردیم که آسیبهای شدید نخاعی، بهویژه وقتی منجر به فلج کامل از گردن به پایین میشوند، مسیری بیبازگشت هستند. پیش از این هم برایتان از تلاشهای دانشمندان برای اتصال مغز به کامپیوتر نوشته بودم، حالا مشخص شده که این فناوری به مرحلهای رسیده که میتواند فراتر از جابهجا کردن یک نشانگر روی نمایشگر عمل کند. در این پست با هم میبینیم که چطور یک مرد ۴۸ ساله که سالها توانایی حرکت و حس کردن را از دست داده بود، حالا میتواند دوباره اشیا را لمس کند، آنها را بردارد و حتی با دستان خودش غذا بخورد. این موفقیت که ترکیبی از جراحی پیشرفته، هوش مصنوعی و درک عمیق از پلاستیسیته مغزی است، دریچهای جدید به سوی درمانهای نوین برای میلیونها نفر در سراسر جهان میگشاید.
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 کمک یک سیستم ایمپلنت مغزی آزمایشی، موفق به بازیابی تواناییهای 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 رابطهای مغز و رایانه (BCI) محسوب میشود.
نکته شگفتانگیز اینجاست که حتی ماهها پس از خاموش شدن سیستم، توماس همچنان بخشی از تواناییهای بازیابی شده خود را حفظ کرده است. این موضوع نشان میدهد که فناوری مذکور توانسته با تحریک انعطافپذیری عصبی (Neuroplasticity)، سیستم عصبی او را تا حدی بازسازی کند.توماس اکنون میتواند کارهای سادهای مثل نوازش کردن سگش یا پاک کردن صورتش را انجام دهد که برای فردی با شرایط او، یک معجزه در زندگی روزمره به شمار میرود.
تکنولوژی بایپس عصبی دوگانه چگونه کار میکند؟
در سال گذشته، کیت توماس تحت یک عمل جراحی پیچیده قرار گرفت که در آن پنج آرایه الکترودی در بخشهای حرکتی و حسی قشر مغز او قرار داده شد. تیم پزشکی همچنین وصلههای تحریکی را روی نخاع و ساعد او نصب کردند. این سیستم که به آن «بایپس عصبی دوگانه» گفته میشود، مسیری فرعی برای سیگنالهای عصبی ایجاد میکند تا بنبست ناشی از آسیب نخاعی را دور بزنند. وقتی توماس قصد دارد دست خود را حرکت دهد، الکترودهای کاشته شده فعالیت مغزی او را ثبت کرده و یک الگوریتم یادگیری ماشین (Machine Learning) این سیگنالها را رمزگشایی میکند. سپس این کدها به سیگنالهای الکتریکی تبدیل شده و مستقیماً عضلات ساعد و نخاع او را تحریک میکنند.
اما داستان به همینجا ختم نمیشود. برای اینکه توماس بتواند اشیا را به درستی در دست بگیرد، نیاز به حس لمس داشت. محققان حسگرهایی را در یک ارتز (Orthotic) سهبعدی تعبیه کردند که فشار وارد شده هنگام گرفتن اشیا را اندازهگیری میکند. این دادهها به الگوهای تحریک الکتریکی در قشر حسی مغز تبدیل میشوند و به این ترتیب، بیمار واقعاً حس میکند که چیزی را لمس کرده است. این الگوریتم با دقت ۸۵ درصدی سیگنالهای مغز او را تفسیر میکند و باعث شده قدرت بازوی راست او ۸۶ درصد و بازوی چپش ۶۲ درصد افزایش یابد.
تکنیک آینهسازی قشری و بازسازی حس لامسه
یکی از بخشهای بسیار نوآورانه این پژوهش، استفاده از تکنیکی به نام «آینهسازی قشری» (Cortical Mirroring) برای بازگرداندن حس به دستها بود. محققان ابتدا فعالیت مغزی توماس را در حالی که او تصور میکرد در حال لمس شدن است، ضبط کردند. سپس با استفاده از تحریک الکتریکی قشر حسی و همزمان تحریک نخاع و پوست، آن سیگنالهای مغزی را بازسازی کردند. پس از ۲۵ هفته تمرین مداوم با این روش، توماس توانست در نواحی از بدن که قبلاً کاملاً بیحس بودند، دوباره فشار و لمس را حس کند.
نتیجه این تمرینات به قدری دقیق بود که او حتی با چشمبندی بسته میتوانست پوسته تخممرغهای خالی و شکننده را بدون شکستن بلند کند. نکتهای که محققان را بسیار امیدوار کرده، ماندگاری این نتایج است. در پیگیریهای انجام شده، مشخص شد که این بهبودها بیش از دو سال دوام آوردهاند. این ماندگاری نشاندهنده تغییرات فیزیکی و ساختاری در مسیرهای عصبی بیمار است که بر اثر تمرین با این سیستم هوشمند ایجاد شده است.
پیشینه علمی و تکامل رابطهای مغز و رایانه
تلاش برای اتصال مستقیم مغز به ماشینها سابقهای چند دههای دارد، اما در سالهای اخیر با پیشرفت هوش مصنوعی و کوچکسازی الکترودها، جهش بزرگی در این حوزه رخ داده است. پیش از این، اکثر سیستمهای BCI فقط یکطرفه بودند؛ یعنی سیگنال را از مغز میگرفتند 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 میکند؛ یعنی هم دستور حرکتی را از مغز میگیرد و هم بازخورد حسی را به مغز بازمیگرداند. این هماهنگی دقیق بین حس و حرکت است که به مغز اجازه میدهد دوباره خود را سازماندهی کند.
علاوه بر این، تحقیقات مشابهی نشان دادهاند که این فناوری نه تنها برای حرکت، بلکه برای ارتباطات نیز انقلابی است. برای مثال، پژوهشهای جدید نشان میدهند که افراد فلج توانستهاند با استفاده از ایمپلنتهای مشابه، افکار خود را به کلمات تبدیل کرده و با سرعتی نزدیک به تایپ کردن یک فرد سالم در گوشی هوشمند، پیام بنویسند. اینها همگی نشانههایی از دوران جدیدی در پزشکی هستند که در آن مرز بین بیولوژی و تکنولوژی در حال کمرنگ شدن است.
چالشهای پیش رو و امیدهای آینده
با وجود موفقیت خیرهکننده کیت توماس، متخصصان هشدار میدهند که هنوز راه درازی تا عمومی شدن این درمان باقی مانده است. یکی از چالشهای اصلی، پیچیدگی بسیار زیاد جراحی و تنظیمات سیستم است. از آنجایی که این تحقیق فعلاً روی یک نفر انجام شده، دانشمندان باید مطمئن شوند که آیا این نتایج در افراد دیگر با آسیبهای متفاوت نیز قابل تکرار است یا خیر. همچنین 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 سالها پس از آسیب دیدن، پتانسیل بالایی برای بازسازی دارد. این پروژه نه تنها به عنوان یک هدف نهایی، بلکه به عنوان پلی برای تحقیقات آینده عمل میکند. برای افرادی که با آسیبهای نخاعی دست و پنجه نرم میکنند، امکان انجام کارهای سادهای مثل غذا خوردن یا لمس کردن عزیزانشان، معنای زندگی را به کلی تغییر میدهد. این ایمپلنتها شاید روزی به کوچکی و سادگی دستگاههای ضربانساز قلب شوند و زندگی میلیونها انسان را متحول کنند.
بیش از دو دهه در زمینه سلامت، پزشکی، روانشناسی و جنبههای فرهنگی و اجتماعی آنها مینویسد و تلاش میکند دانش را ساده اما دقیق منتقل کند.
پزشکی دانشی پویا و همواره در حال تغییر است؛ بنابراین، محتوای این نوشته جایگزین ویزیت یا تشخیص پزشک نیست.
مطالب مرتبط
