تراشههای بیونیک، درمانی برای ضایعات نخاعی
محققان در تلاشند با استفاده از تراشههایی که در مغز یا نخاع کاشته میشوند، ارتباطات عصبی از دسترفته را در افراد مبتلا به ضایعات نخاعی ترمیم کنند.
محبوبه عمیدی: میمونی روی میزکار نشسته و سیمهای متعددی به ناحیه سر و مچ دستش متصل شده که تا یک جعبه کوچک الکترونیکی امتداد دارد. در ابتدا دست بیحس است، اما حدود 10 دقیقه بعد، میمون شروع به انقباض ماهیچهها میکند و دستش را حرکت میدهد. حرکات دست نامتعادل است و چند دقیقه دیگر، دست دوباره بیحرکت شده است.
ارتباط عصبی دست میمون با مغز به وسیله تزریق داروی بیهوشی در بازوی این حیوان، بهطور موقت از کار افتاده است، در واقع حرکات دست به وسیله سیمها و جعبه متصل به آنها هدایت میشود که نقش ارتباط قطعشده را به عهده گرفتهاند.
این آزمایش، که سال گذشته در آزمایشگاه ابرهاردفتز در دانشگاه واشنگتن انجام شد، اول آزمونی است که نشان میدهد امکان کاهش ضایعات فلج حاصل از آسیب نخاع در بیماران وجود دارد. با اینکه حجم بالایی از تحقیقات در زمینه فلج به بررسی اثر سلولهای بنیادی و استفاده از آنها برای ترمیم این ارتباط قطعشده متمرکز شده است، هستند پژوهشگرانی که برای ایجاد یک گذرگاه الکتریکی در منطقه آسیب دیده تلاش میکنند.
این ایده به شکل کاشت تراشههای الکترونیک در مناطقی مرتبط از مغز برای ضبط فعالیتهای عصبی عنوان شده است. از میان هزاران نورون، یک رمزخوان سیگنالهای عصبی را شناسایی و کشف رمز میکند تا بفهمد مغز، درخواست انجام چه کاری را از بدن دارد. پیغامها ترجیحا به وسیله ارتباط بیسیم به الکترودهایی در ماهیچه منتقل میشود تا آنرا برای انجام عمل خواسته شده تحریک کند.
این «تراشههای مغزی» در حال حاضر برای بازسازی شنوایی برای ناشنوایان یا بینایی برای نابینایان و دفع حملات در مبتلایان به صرع استفاده میشوند! میبینید که این ایده خیلی هم دور از دسترس نیست. با این حال هر قدمی در این مسیر برداشته شود، موفقیتی بزرگ در مبارزه بشر با فلج ناشی از ضایعات عصبی خواهد بود. یکی دیگر از تجربیات موفق در این زمینه آزمایشات جوس کارمنا در سال 2003/1382 است، زمانی که او در دانشگاه دوک در دورهام کارولینای شمالی توانست با استفاده از یک رابط میان مغز و ماشین به میمونهای آزمایشگاهی این اجازه را بدهد که تنها با استفاده از ذهنشان به بازی کامپیوتری بپردازند.
در این آزمایش میمونهایی که لب آهیانه و قدامی آنها - منطقه تصمیمگیری و حرکت در مغز - توسط تراشههایی با 64 الکترود کنترل میشد، به بازی کامپیوتری با استفاده از جویاستیک پرداختند، تا زمانی که دستگاه موفق به رمزگشایی حرکات آنها در مغز شود. در این زمان اتصال به جویاستیک قطع میشد و تنها میمونها با سیگنالهای مغزی که میفرستادند، بازی را ادامه میدادند.
فاصله بسیاری میان هدایت یک دسته بازی تا انجام امور پیچیده روزمره توسط ذهن انسان وجود دارد. اما تنها یک سال بعد، جان دونوگوئه با اتصال تراشههایی حاوی 100 الکترود به مغز مرد 25 سالهای که قطع نخاعی شده بود، توانست به نتایج مشابهی دست پیدا کند.
نهماه بعد، این مرد جوان که MN نامیده میشد، توانست با استفاده از تراشه BrainGate نامههای الکترونیکیاش را باز کند، تلویزیون را روشن کند و حتی بازوی روباتیکش را کنترل کند. شروع بسیارخوبی بود اما نواقصی هم داشت. در مراحل پایانی این آزمایش، امواج ارسالی خفیف شده بود و کنترل دقیقی صورت نمیگرفت. اما اوایل امسال تیم کاری دونوگوئه اعلام کرد، نواقص تراشه قبلی را برطرف کرده و به آزمایشات بالینی برای بهبود آن روی آورده است.
بسیاری از کسانی که دچار آسیبهایی در نخاع شدهاند، امیدوارند روزی برسد که بتوانند مجددا حرکت را در اندامهایشان تجربه کنند. تا سال گذشته و آزمایشات فتز، کسی نتوانسته بود ارتباط قطعشهد میان مغز و بدن را باموفقیت بازیابی کند. اما با استفاده از «تحریک الکتریکی عملکردی» یا (FES) که در آن الکترودها مستقیما ماهیچه را تحریک میکنند، شاید این روز خیلی دور نباشد. تنها اشکال کار اینجاست که تحریکات باید به وسیله یک نیروی بیرونی فعال شوند.
فیتز روی این مسئله هم کارکرده و نشان داده استفاده از مغز برای ارسال دستورالعملها، به مراتب سادهتر و مطمئنتر از کلیدهای الکتریکی است. واقعیت این است که نورونهای حرکتی که در این آزمایش حرکات مچ دست را کنترل میکنند، برای اینکار ساخته نشدهاند، بلکه با شرایط پیشآمده هماهنگ شدهاند و مطمئنا میتوانند این قابلیت را در سایر نقاط بدن هم بهکار بگیرند.
این نکته علاوه بر اینکه قابلیت شگفتانگیز مغز را در شناخت ارتباطات تازه نشان میدهد، دانشمندان را به استفاده از پلهای ارتباطی مشابه برای اندامهای متفاوت امیدوار میکند.
فکر میکنید مغز انسان هم شرایط مشابهی داشته باشد؟ دونوگوئه میخواهد با استفاده از «اف.ای.سی» به آزمایشات بالینی بپردازد که اگر موفقیتآمیز باشند، شاهد جهشی در درمان بیماران مبتلا به ضایعات نخاعی خواهیم بود.
او از دو روش میتواند برای تحریک الکتریکی ماهیچهها استفاده کند. یکی تحریک مستقیم ماهیچه با استفاده از یک جریان الکتریکی نسبتاً نیرومند که احتمالا به حرکاتی نامتعادل منجر خواهد شد و دیگری، ارسال سیگنالها به ماهیچه با استفاده از سلولهای عصبی سالم در بدن بیمار است. روش دوم به جریان الکتریکی خفیفتری نیاز دارد و باید منطقه اندکی را پوشش دهد و به همین دلیل، دقیقتر و موفقتر بهنظر میآید.
هماهنگی
یک شانس بزرگ وجود دارد. تحریک عصبی میتواند، بعضی از فرمانهای تراشه مغزی را سادهتر کند. این به دلیل تعدد فعالیتهای تکراری مانند تنفس و راهرفتن است که تنها به ارسال یک سیگنال فرمان نیاز دارند تا نخاع به تنظیم خودکار حرکات ماهیچهها بپردازد. پس اگر بخش ایجاد هماهنگی در نخاع آسیبدیده سالم مانده باشد، تراشه میتواند سیگنال اولیه را از مغز مخابره کند و بقیه را بهعهده نخاع بگذارد.
گذر از این مرحله به شکل حیرتآوری ابزارها را ساده میکند، مصرف انرژی توسط تراشهها کاهش پیدا میکند و احتمال تعویض آنها را که همراه با جراحی است، کاهش خواهد داد.
متأسفانه این روش برای بیمارانی که آسیبهای جدیتری دیدهاند و مرکز هماهنگی عضلات در نخاع آنها از بین رفته، جواب نمیدهد. در این افراد برای ایجاد هماهنگی بین عضلات باید تراشه جداگانهای در نخاع تعبیه شود یا دستگاه هماهنگکننده ماهیچهها به صورت یک دستگاه خارجی که با تراشههای کاشتهشده در مغز و نخاع، ارتباط بیسیم دارد، در اختیار این افراد قرار گیرد.
محاسبه دقیق اینکه کدام عصب و به چه روشی باید برانگیخته شود، اصلا کار سادهای نیست. سال گذشته محققان دانشگاه جانهاپکینز در بالتیمور با استفاده از دستگاهی به نام «مولد مرکزی الگوی حرکتی» یا CPG توانستند با تحریک نخاع یک گربه، این حیوان را به حرکت وادارند و حرکت عضلات را هماهنگ کنند.
سی.پی.جی CPG تنها میتواند به عنوان ابزار کمکی برای راه رفتن به کار گرفته شود. به همین دلیل در انسان، برای فعالیتهایی مانند مشتکردن دستها یا بلند کردن آنها احتمالا به تراشههای خارجی دیگری نیاز خواهد بود. با به ثمر رسیدن تمام این تلاشها، تنها میتوان نیمی از نیاز بسیاری از بیماران را برآورده کرد. چرا که آنها به بازگشت حس لامسه هم به اندامهایشان نیاز دارند.
تحقیقات در این مورد کند اما امیدوارکننده پیش میرود. یکی از آنها، تحقیق کارمنا در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی است. او برای موشهای صحرایی آسیبدیده، «سبیل مصنوعی» ابداعکرده که با کشیده شدن به اجسام، مانند سبیلهای واقعی عمل میکند.
مشکلات پیش رو و نگرانیهای امنیتی
برای استفاده از این تراشهها در انسان، محققان باید از امن و بادوام بودن آنها اطمینان حاصل کنند. سازگاری زیستی بافت مغز هم با تراشهها چالش بزرگی است.
مسئله دیگر تأمین نیروی تراشههایی است که درون جمجمه کار گذاشته شدهاند. به دلیل همین چالشها FDA، سازمان غذا، داروی ایالات متحده، خواستار ده سال تحقیق مداوم روی نمونههای آزمایشگاهی پیش از استفاده از این تراشهها در آزمایشات بالینی شده است.
نگرانیهایی هم در زمینه اجتماعی وجود دارد. یکی امکان هکشدن یا از کارافتادن این دستگاهها توسط هکرهاست. موضوع دیگر که جنبه حقوقی هم پیدا میکند، احتمال آسیبرساندن به افراد دیگر، توسط دست یا پاهایی است که دارد توسط این تراشهها کنترل میشود. راستی فکر میکنید، چه کسی مقصر است؟
ایران بزرگداشت ابن سینا را در سازمان ملل برگزار میکند
