پروتز کاشتنی در مغز، ذهن انسان را برای کنترل بازوی رباتیکی می‌خواند

neural implant reads a person’s intentions to control robotic arm

فرد جوانی به نام Erick Sorto، سی و چهار ساله، ۱۳ سال پیش از ناحیه گردن به پایین فلج شد. اما او به کمک یک فناوری جدید و تلاش محققان می‌تواند با یک بازوی رباتیک و کنترل آن با یک ایمپلنت مغزی، نوشیدنی بنوشد. او نخستین کسی نیست که می‌تواند یک بازو را با پروتزهای عصبی کنترل کند. اما این نخستین بار است که پروتز در بخش تصمیم گیری مغز یک فرد کاشته شده است تا وی بتواند با اراده کردن انجام حرکت، یک بازو را تکان دهد. این روش با روشهای پیشین که مبتنی بر حرکات مکانیکی است تفاوت دارد. در این روش، حرکات اندام مصنوعی بسیار طبیعی است و پتانسیل کنترل چند اندام رباتیکی نیز وجود دارد.
میلیونها نفر به خاطر بیماری یا آسیب دیدگی توانایی حرکت یا حس کردن اندامهای خود را از دست می‌دهند. در سالهای اخیر پژوهشها نشان داده است که می‌توان فعالیت این افراد را ثبت کرد و با استفاده از داده‌های استخراج شده، توانایی حرکتی آن‌ها را باز گردانید.
تا کنون از اطلاعات به دست آمده از قشر محرک اصلی مغز (Primary Motor Cortex)، بخشی از مغز که کنترل حرکات بدن را بر عهده دارد، برای کنترل دستگاههای بیرون از بدن مانند نشانگر ماوس بر روی صفحه نمایش رایانه و حتی کنترل بازوهای رباتیک استفاده شده است. البته این روش معمولاً پاسخهایی تأخیر دار و کج و معوج دارد. با پیشرفت پژوهشها در این زمینه، افقهای تازه‌ای را می‌توان مشاهده کرد. آخرین پژوهش در این زمینه رویکردی تازه را در پیش گرفته است: اندازه‌گیری نورونها در بخشی از مغز به نام قشر جداری عقبی (posterior parietal cortex) که گمان می‌رود اراده و قصد انجام کارها را پردازش می‌کند.
ما پیش از انجام هر کاری باید قصد انجام آن را داشته باشیم. در مورد کارهای روزمره‌ای مانند برداشتن لیوان یا خاموش کردن کلید چراغ، قصد ما بدون زحمت و در کسر کوچکی از ثانیه اجرا می‌شود و معمولاً توجهی به آن نمی‌شود. علیرغم بی‌زحمت بودن و زود گذر بودن این فعالیتها در مغز، شواهد موجود در علم روانشناسی و عصب‌شناسی نشان می‌دهد که قصد ما از انجام کار، منبعی بسیار غنی از اطلاعات شامل نتیجه‌های دلخواه، نتایج پیش‌بینی شدۀ حسگرها و حرکات را فراهم می‌کند. اما اگرچه به طور کلی می‌توان پذیرفت که این اطلاعات برای کنترل حرکات مفیدند، آزمودن این نظریه اساساً کار دشواری است.
در یک پژوهش تازه، از اطلاعات ثبت شده از قشر جداری عقبی مغز برای کنترل فعالیتهای یک واسط رایانه ای و نمایش بصری آن استفاده شد. Sorto به خاطر شلیک گلوله، از ۱۰ سال پیش از آغاز پژوهش از آسیب دیدگی ستون فقرات (spinal cord injury) رنج می‌برد. وی قادر به حرکت دادن یا حس کردن بازوها و پاهای خود نیست. پژوهشگران ابتدا برای تشخیص مناطقی از مغز که هنگام تصور کردن وی از حرکت دادن اندامهایش فعال می‌شوند از MRI کاربردی (functional MRI) استفاده کردند.
آن‌ها سپس تعدادی الکترود کاشتنی را در قسمتهای فعال مغز وی کار گذاشتند تا فعالیتهای هر سلول عصبی را ثبت کنند. اطلاعات ثبت شده از این الکترودها نشان داد بیمار به صورت ارادی می‌تواند فعالیت هر عصب را کنترل کند. برخی از این سلولها به شیوه ای کاملاً خاص به حرکتها پاسخ می‌دهند. مثلاً هنگامی که Sorto تصور می‌کرد دست خود را به سمت دهانش می‌برد، یک سلول عصبی افزایش یا کاهش فعالیت را از خود نشان می‌داد. اما هنگامی که وی دست خود را به سمت چانه یا گوش خود می‌برد تغییری در میزان فعالیت آن عصب دیده نمی‌شد.
فعالیت برخی از سلولها به وضوح در ارتباط با حرکات ارادی بازو و چشمها بود. برخی از سلولها هنگام تصور تکان دادن هر دو دست فعال می‌شدند و برخی تنها هنگامی که یک دست حرکت می‌کرد فعال می‌شدند. پژوهشگران می‌گویند این اطلاعات برای کنترل کردن دستها بسیار مفیدند. ضمن اینکه از سیگنالهای تولید شده می‌توان برای کنترل واسطهای رباتیکی دارای وسایل جانبی نیز استفاده کرد. این سیگنالها می‌توانند انعطاف پذیر باشند. برای درک بهتر این مطلب، انواع روشهایی را که برای در دست گرفتن و استفاده از ابزارهای مختلف برای انجام دادن کارهای مختلف استفاده می‌کنیم در نظر بگیرید. برای نمونه ما می‌توانیم نام خود را با یک مداد روی کاغذ و یا با یک تکه زغال، کف دستمان بنویسیم. هر دوی این کارها هدف یکسانی را دنبال می‌کنند اما ابزارهای آن‌ها متفاوتند.
یک سامانۀ کنترلی برای اینکه بتواند وظیفۀ خود را در این زمینه به درستی انجام دهد باید توانایی تطبیق با انواع ابزارها و محیطها را داشته باشد. شاید ثبت اطلاعات سلولهایی که هنگام قصد کردن فرد برای حرکت دادن اندام خاصی فعال می‌شوند بتواند در مرحلۀ عملی نیز مؤثر واقع شود. در این صورت شاید بتوان از همان سیگنالها برای کنترل طیف وسیعی از ابزارها توسط همان فرد استفاده کرد.
این فناوری هنوز با آنچه که در فیلمهای علمی و تخیلی دیده می‌شود فاصلۀ زیادی دارد اما برای بیمارانی که توانایی حرکت دادن بخش زیادی از بدن خود را از دست داده‌اند، گام بزرگی محسوب می‌شود و نیروی بالقوه ای برای دگرگون کردن پژوهشها در این زمینه دارد.
مقالۀ مرتبط با این پژوهش از از اینجا بخوانید:
Science, 2015. DOI: 10.1126/science.aaa5417
منبع: Ars Technica

پاسخی بگذارید

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