لمس اشیاء با استفاده از تراشه‌های مغزی و دست رباتیک

زمانی که انگشتان رباتیک شیئی را لمس کند، اطلاعات توسط رایانه به تراشه‌های مغزی ارسال می‌شود و آنها قشر حسی مغز را تحریک می‌کنند و اینگونه فرد بیمار می‌تواند شیء را حس کند.

ناتان کوپلند از ده سال پیش که گردنش در یک تصادف اتومبیل شکست قادر به حرکت دادن پاها و یا دستانش نیست. اما اکنون که دانشمندان چهار تراشه در مغز او کار گذاشته‌اند، می‌تواند یک دست رباتیک را با ذهن خود کنترل کند و زمانی که انگشتان دست رباتیک شیئی را لمس‌کند وی آن را حس می‌کند. این نخستین باری است که پروتز عصبی به فردی اجازه داده تا از طریق یک پروتز که به طور مستقیم مغز را تحریک می‌کند، لمس اشیا را حس کند.

«احساس می‌کنم  واقعاً انگشتان خودم لمس می‌کند و یا تحت فشار قرار دارند»

کوپلند در ویدئویی که توسط دانشگاه مرکز پزشکی پیتسبورگ (UPMC) منتشر شده می‌گوید «این کار بزرگی است. احساس می‌کنم که واقعاً انگشتان خودم لمس می‌کنند و یا تحت فشار قرار دادند». این موفقیت در مجله Science Translational Medicine منتشر شده است و می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا پروتزهایی ایجاد کنند که زمانی شیئی را چنگ میزنیم، در دست نگه می‌داریم و یا فشار می‌دهیم، بدن انسان و حس لامسه و حرکت را ادغام کند.

زندگی کوپلند زمانی که ۱۸ ساله بود دگرگون شد. او حین رانندگی به دانبار پنسیلوانیا در یک شب بارانی و با سرعت بیش از حد مجاز بود که تصادف کرد. کمربند ایمنیش پاره و او دچار آسیب نخاعی شد و از سینه به پایین فلج شد. او می‌تواند مچ دست خود را بلند کند اما حس انگشتان خود را از دست داده و نمی‌تواند آنها را حرکت دهد. در سال ۲۰۱۵، زمانی که کوپلند ۲۷ ساله بود، دانشمندان در دانشگاه مرکز پزشکی پیتسبورگ چهار رشته کوچک الکترود در مغز او کاشتند. دو تا از رشته‌ها به ناحیه‌ای از مغز که قشر حرکتی نامیده می‌شوند، می‌رود. این به کوپلند اجازه می‌دهد تا تنها با تفکر دست رباتیک را کنترل کند. این دست رباتیک بخشی از آزمایشگاه است و به بدن کوپلند متصل نیست.

لمس اشیاء با استفاده از تراشه‌های مغزی و دست رباتیک

کنترل حرکات یک پروتز با مغز حیرت انگیز است اما این گروه از پژوهشگران و دیگران پیش از این نیز این کار را انجام داده‌اند. مطالعه امروز متفاوت از پژوهش‌های پیشین است و به ناحیه‌ی دیگری از مغز مربوط است. درواقع پژوهشگران دو رشته که هر کدام ۱۶ میلی‌متر مربع هستند را در بخشی از مغز کوپلند که مسئول احساس است و به آن قشر حسی می‌گویند، قرار داده‌اند.

لمس اشیاء با استفاده از تراشه‌های مغزی و دست رباتیک

این گروه پژوهشی با استفاده از تصویربرداری مغز، قشر حسی را دقیقاً مشخص کردند. آنها فعالیت‌های مغز را زمانی که انگشتان کوپلند به اسفنج نخی ضربه می‌زد، زمانی که او ویدئویی از شخص دیگری که با انگشتانش ضربه میزد را تماشا می‌کرد و در حالی که او تصور می‌کرد فرد دیگری انگشتانش را لمس می‌کند، بررسی کردند. تصاویر به پژوهشگران نشان داد که الکترودها را کجا قرار دهند. این الکترودها از طریق کابل‌های درون یک سوکت و در جمجمه کوپلند به یک رایانه متصل شده است. رایانه نیز به حسگرهای دست رباتیک مرتبط است. وقتی کسی یکی از انگشتان رباتیک را لمس کند، حسگر اطلاعات را به رایانه می‌فرستد تا رایانه از طریق الکترودها قشر حسی کوپلند را تحریک کند.

یک ماه کامل طول کشید تا کوپلند شروع به احساس چیزی کند. در واقع چیزی بیش از سوزن سوزن شدن در دست راست خود را حس کند. دلیلش این است که پژوهشگران نمی‌دانستند که سیستم چگونه به خوبی کار می‌کند، به طوری که آنها تحریک مغز کوپلند را با سطوح بسیار پایینی از برق آغاز کردند و به تدریج آن را افزایش دادند. جنیفر کولینگر، مهندس زیستی در دانشگاه پیتسبورگ و کسی که در نوشتن این پژوهش همکاری داشته می‌گوید: «هنگامی که این فناوری شروع به کار کرد همانطور که انتظار می‌رفت گره‌گشای بزرگی بود». به مدت شش ماه تمام کار و پژوهش ادامه پیدا کرد.

Bolu Ajiboye، مهندس پزشکی در دانشگاه کیس وسترن ریزرو که البته در این پژوهش مشارکت نداشته می‌گوید: «این نتایج چشمگیر هستند و یک گام بسیار مورد نیاز برای توسعه نسل بعدی پروتزها است» این فناوری در آینده می‌تواند به طراحی پروتزهایی کمک کند که به طور خودکار بر اساس نوع جسم، گرفتن آن را تنظیم می‌کند. درست مثل بدن ما که به طور غریزی هنگامی که ما یک تخم مرغ را نگه می‌داریم یا دستگیره در را تنظیم می‌شود. وی می‌گوید: «ما به این بخش از حرکت فکر نمیکنیم اما به واقع برای حرکت به طور طبیعی نیاز به بازخورد حسی داریم. در مورد نگه داشتن یک نوزاد فکر کنید. اگر شما بازخورد حسی نداشته باشید، نمی‌دانید که چه مقدار نیرو برای نگه داشتن کودک نیاز است».

هر چند تحقیقات امروز یک گام بزرگ است اما طول می‌کشد تا افراد معلول بیرون از آزمایشگاه قادر به استفاده از ایمپلنت‌های مغزی برای حس کردن لمس از طریق یک پروتز بشوند. دانشمندان هنوز کاملاً نمی‌دانند که چگونه تحریک الکتریکی قشر حسی به حس لامسه مربوط می‌شود. بنابراین تحقیقات بیشتری مورد نیاز است. اندرو شوارتز، فیزیولوژیست اعصاب در دانشگاه پیتسبورگ و یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: «دانش در خصوص ناحیه‌ی حسی بسیار ابتدایی است».

«اگر بازخورد حسی نداشته باشید نمی‌دانید که چه مقدار نیرو برای استفاده نیاز دارید»

ایمپلنت‌ها خود هنوز در حال ارزیابی توسط سازمان غذا و دارو است تا به عنوان دستگاه‌های پزشکی جدید تصویب شود. البته به پژوهشگران اجازه داده شده تا از آن برای تحقیقات بالینی تحت معافیت FDA استفاده شود اما آنها مجبورند از گسترش هر ساله آن جلوگیری کنند. پژوهشگران همچنین نیاز به کشف کردن راهی برای ادغام برق، سیم و بازوی رباتیک به بدن بیمار دارند. در حال حاضر دست رباتیک جدا است و کابل‌ها حجیم هستند و سیستم نیاز به رایانه‌ای بزرگ دارد.

کوپلند چشم انداز روشنی از پروتز واقعی که به صورت یکپارچه با احساس و حرکت ادغام شود داشت چرا که او پیش از این یکی را دیده بود. او در ویدیوی بالا می‌گوید: «دست لوک اسکای واکر (شخصیتی داستانی)  قطع شد و او روز بعد یک ربات داشت. زمانی که آنها دستش را تحریک می‌کردند، می‌گفت بله من احساس می‌کنم. او حتی یک تپش را از دست نداد. من نیز می‌توانم شخص دیگری باشم که این احساس را دوباره بدست می‌آورد حتی به زودی…»

 

منبع:  theverge

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *