اتصال مستقیم دست مصنوعی به مغز به کمک آرایه‌های مغزی و بازگشت حس لامسه

sense-darpa-prosthetic-hand-exlarge-169

پژوهش در زمینۀ دستهای مصنوعی مدتهاست در جریان است. مهمترین بخش این حوزۀ پژوهشی تمرکز بر بهبود راههای کنترل اندام مصنوعی سوی مغز است. پژوهشی تازه نشان می‌دهد که اکنون دستهای مصنوعی می‌توانند با فرستادن سیگنالهایی به بدن اطلاعاتی را دربارۀ آنچه دست مصنوعی لمس کرده‌اند به مغز بدهند.

به تازگی پژوهشگران DARPA آرایه‌ای از الکترودهای کوچک را درون بخشی از مغز که مربوط به کنترل حرکت بدن است و درون مغز یک زن معلول کاشتند. این الکترودها توانستند به کمک رشته سیمهایی فعالیت الکتریکی بخش حرکتی مغز را به یک بازو مصنوعی انتقال دهند و با این کار بیمار توانست حرکتهای گوناگونی با این بازو انجام دهد.

آنگاه گروه پژوهشی از خود پرسید «آیا می‌توان این آزمایش را به شکل وارونه انجام داد؟ آیا می‌توان حس انجام کارهای حرکتی را به مغز منتقل کرد؟» پژوهشگران برای پاسخ به این پرسش کار خود را با یک مرد ۲۸ سالۀ معلول آغاز کردند. آن‌ها رشته‌ای از الکترودها را هم در قشر حرکتی و هم در قشر حس لامسۀ او کار گذاشتند. این بخش از مغز حسهای لامسه مانند بافت سطوح و فشار را تشخیص می‌دهد. سیمهای وسصل شده به بخش حرکتی مغز همانند آزمایش پیشین، دستان بیمار را کنترل می‌کردند و حسگرهای کار گذاشته شده بر روی دست نیز اطلاعاتی را به کمک رشته سیمهایی به آرایه‌های درون قشر حسی مغز انتقال می‌دادند.

پژوهشگران نشان دادند که این سامانۀ پسخور امکان برقراری ارتباط مستقیم با مغز را فراهم می‌آورد. در ویدئویی که Justin Sanchez مدیر ادارۀ فناوریهای زیستی DARPA در ارائۀ خود در گردهمایی فناوریهای آینده در سن لوئیس ارائه کرد، یک پژوهشگر چشمان بیمار را می‌بندد و به آرامی انگشتان مختلف دست مصنوعی را می‌فشارد. فرد داوطلب با دقت تقریباً صد درصدی توانست بدون دیدن انگشتان تشخیص دهد کدامیک از انگشتان لمس شده‌اند.

Sliman Bensmaia دانشیار علوم اعصاب دانشگاه شیکاگو می‌گوید امروزه کسانی که دستهای مصنوعی را به کار می‌برند نیازمند آنند که چیزی را که در دست می‌گیرند ببینند. آن‌ها تا زمانی که نتوانند چیزی را که در دست گرفته‌اند حس کنند نمی‌توانند با ظرافت و چابکی از دستهای خود استفاده کنند. دکتر Bensmaia کسی است که پژوهشهای اولیه را برای گروه Sanchez دربارۀ چگونگی کارکرد الکترود آرایه‌ای در قشر حسی مغز انجام داده است. وی می‌گوید:

«به طور خلاصه شما می‌خواهید بدانید چه چیزی را لمس می‌کنید و چه مقدار فشار به آن وارد می‌کنید. این‌ها اطلاعات اولیۀ لازم برای نگه داشتن اجسام هستند. البته با پیشرفت فناوری روزی خواهیم توانست دما و نوع بافت را نیز تشخیص دهیم.»

اگرچه پژوهش کنونی نخستین بار است که توانسته ارتباط مستقیم میان یک دست مصنوعی و مغز را برقرار کند، پژوهشگران دیگری نشان داده‌اند که می‌توانند پیامهایی را از سوی حسگرهای دست مصنوعی به الکترودهای کاشته شده در اعصاب بازو بفرستند و از آن راه با مغز ارتباط برقرار کنند.

دکتر Paul S. Cederna استاد جراحی پلاستیک و مهندسی پزشکی دانشگاه میشیگان می‌گوید: با این حال شما نمی‌توانید برای کسی که دچار قطع نخاع یا فلج کامل (quadriplegic) شده حس لامسه را از راه عصبها بازگردانید. زیرا آن‌ها عصبهای خود را از دست داده‌اند.»

اندامهای مصنوعی کنونی بازار بر مبنای نیروی بدنی کار می‌کنند. دسته‌ای از آن‌ها را بخشی از بدن به کمک کایل یا اهرم کنترل می‌کند و دسته‌ای دیگر به کمک ابزارهای myoelectric سیگنالهای الکتریکی را از ماهیچه‌ها می‌خوانند و با توجه به آن اندامهای مصنوعی را کنترل می‌کنند.

افزون بر این پژوهشگران در حال کار بر روی بازوهای مصنوعی بسیار حساسی هستند که می‌توانند تقریباً همۀ حرکتهای یک بازوی طبیعی را بازسازی کنند. همچنین پژوهشهایی دربارۀ دستهای زیست سامانه‌ای (bionic) که با iPhone قابل کنترل هستند در جریان است.

دکتر Cederna می‌گوید مزیت بزرگ راهکار Sanchez آن است که می‌توان از آن برای کمک به بیماران قطع نخاع نیز بهره برد. بیمار داوطلب ۲۸ ساله‌ای که در این پژوهش با ما همکاری می‌کرد بیش از ده سال است که به خاطر آسیب نخاعی فلج شده است.

اگرچه دکتر Cederna در پژوهش دکتر Sanchez دخیل نبوده اما به این پژوهش برای چگونگی بهبود کنترل اندامهای مصنوعی از راه عصبهای جانبی مشاوره داده است.

ایدۀ کاشتن الکترود آرایه‌ای در مغز برای کنترل یا دریافت سیگنال از اندام مصنوعی خود یک گام مهم به جلو است. با این حال این روش هنوز به راحتی قابل اجرا نیست. دکتر Cederna می‌گوید: «بزرگترین مشکل در این زمینه آن است که هنگامی که الکترود را درون مغز کار می‌گذارید و پیرامون آن را برای انجام کار آماده می‌کنید، همین کار باعث می‌شود که دریافت سیگنالهای لازم بسیار دشوار شود.»

دکتر Cederna می‌گوید پژوهشگران در تلاشند تا الکترودهای آرایه‌ای را طوری بسازند که بتوانند زمان بیشتری کار کنند. هم‌اکنون این الکترودها تنها چند سال در قشر حرکتی مغز دوام می‌آورند اما الکترودهای قشر حسی پایداری بهتری دارند.


>> در این زمینه بخوانید: اندامهای مصنوعی می‌توانند با پوست مصنوعی حس را به شما بازگردانند
>> در این زمینه بخوانید: مرد معلول قابلیت استفاده از دست‌هایش را به کمک «نخاع بی‌سیم» بدست آورد
>> در این زمینه بخوانید: حاصل کار دانشگاه Johns Hopkins و DARPA: دستی مصنوعی که حس لامسه را به افراد قطع عضو باز می‌گرداند


منبع: CNN

دیدگاهتان را بنویسید

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

ExosNews on Telegram

ما را در تلگرام دنبال کنید!

مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی

عضویت در کانال تلگرام
بستن