ایمپلنت مغزی لمس و حرکت را به مرد فلج برگرداند

او یک فنجان را بلند کرد. گرمای آن را حس کرد. پس از شش سال فلج بودن، همین دو کار ساده وزن یک معجزه کوچک را داشت.

در سال ۲۰۲۰، کیت توماس ۴۲ ساله در استخر حیاط خانه شیرجه زد و دچار آسیب فاجعه‌بار گردن شد؛ آسیبی که او را از ناحیه سینه به پایین به‌طور کامل فلج کرد. او سال‌ها برای ابتدایی‌ترین کارهای روزمره به مراقبان وابسته بود. ماه گذشته، پس از شرکت در یک کارآزمایی بالینی آزمایشی، توانست خودش غذا بخورد، نوشیدنی را به لب‌هایش برساند و برای نخستین بار از زمان حادثه، گرمای دست خواهرش را احساس کند.

بای‌پس عصبی دوگانه چگونه لمس و حرکت را بازگرداند

این پیشرفت حاصل کار تیمی در مؤسسه‌های تحقیقات پزشکی فاینستاین است و بر سامانه‌ای تکیه دارد که پژوهشگران آن را بای‌پس عصبی دوگانه می‌نامند. دو کانال موازی، ارتباط قطع‌شده میان مغز و بدن را دوباره سیم‌کشی می‌کنند. الکترودهای بسیار کوچک در هر دو ناحیه حرکتی و حسی قشر مغز کاشته می‌شوند. این ایمپلنت‌ها قصد بیمار برای حرکت را تشخیص می‌دهند و الگوهای عصبی را به فرمان‌هایی تبدیل می‌کنند که عضلات بازو و دست را فعال می‌سازد.

در خود اندام، حسگرهای فشار بسیار حساس روی نوک انگشتان قرار می‌گیرند. وقتی این حسگرها تماس را ثبت می‌کنند، سیگنال‌ها را به ایمپلنت‌های مغزی بازمی‌فرستند تا بیمار بتواند حس لامسه را تجربه کند. نتیجه، یک رابط مغز و کامپیوتر حلقه‌بسته است که فقط اندام را حرکت نمی‌دهد، بلکه جریان دوطرفه اطلاعات را نیز بازسازی می‌کند.

هوش مصنوعی در این مسیر نقش پشتیبان دارد. رمزگشاهای مبتنی بر یادگیری ماشین، الگوهای مشخص امواج مغزی را به اقدام‌های خاص و همچنین به احساسات لمسی مرتبط می‌کنند. در یک آزمایش جانبی چشمگیر، این تیم از هوش مصنوعی برای بازسازی یک ملودی از روی فعالیت قشر مغز نیز استفاده کرد؛ کاری که نشان داد چه حجم بزرگی از اطلاعات در این سیگنال‌ها نهفته است.

نتایج بالینی سریع و قابل اندازه‌گیری بود. پس از ۳۵ هفته آموزش و استفاده مکرر از سامانه، قدرت بازوی راست کیت ۸۶ درصد و قدرت بازوی چپ او ۶۲ درصد بهبود یافت. کارهایی که زمانی به کمک دیگران نیاز داشت، اکنون تحت کنترل خود اوست: خاراندن بینی، پاک کردن صورت و برداشتن اشیای شکننده‌ای مانند پوسته نازک تخم‌مرغ بدون شکستن آن‌ها.

شاید جذاب‌ترین نکته این باشد که بخشی از توانایی‌های بازیافته حتی زمانی که سامانه خارجی خاموش شد نیز باقی ماند. این مشاهده به نقش انعطاف‌پذیری عصبی اشاره دارد. به نظر می‌رسد فعال‌سازی مکرر مدارها، سیستم عصبی را تشویق می‌کند مسیرهای تازه‌ای بسازد و بخشی از عملکرد را فراتر از کمک فوری الکترودها و نرم‌افزار بازگرداند.

برای تقویت بازیابی حسی، پژوهشگران تحریک قشر مغز را با تحریک الکتریکی هدفمند محیطی و نخاعی ترکیب کردند. ابتدا پاسخ‌های مغزی کیت را زمانی که لمس را تصور می‌کرد ثبت کردند. سپس الگوهای تحریک متناظر را برای قشر حسی او بازپخش کردند و هم‌زمان پالس‌های الکتریکی ملایمی را به پوست و نخاع رساندند. پس از حدود ۲۵ هفته تمرکز روی مچ دست راست او، نواحی‌ای که پیش‌تر بی‌حس بودند، دوباره ادراک لمسی قابل اندازه‌گیری پیدا کردند.

این یافته‌ها در نشریه Nature Medicine منتشر شده‌اند و پیشرفتی مهم در حوزه نورپروتز و رابط‌های مغز و کامپیوتر به شمار می‌روند. در عین حال، با نزدیک شدن این سامانه‌ها به کاربرد گسترده‌تر بالینی، پرسش‌های عملی و اخلاقی مهمی نیز مطرح می‌شود.

دیدگاه کارشناس

«این کار یک مسیر عملی را از رمزگشایی آزمایشگاهی تا عملکرد معنادار در زندگی روزمره نشان می‌دهد»، دکتر النا پارک، عصب‌شناس خیالی و متخصص مهندسی عصبی، می‌گوید. «ترکیب ایمپلنت‌های قشری، حسگرهای محیطی و الگوریتم‌های سازگارشونده نوعی هم‌افزایی ایجاد می‌کند. هر عنصر به‌تنهایی محدود است، اما در کنار هم حلقه‌ای را بازسازی می‌کنند که بدن به آن وابسته است. مطالعات بلندمدت نشان خواهد داد این تغییرات چقدر پایدارند و چگونه می‌توان این روش را با ایمنی بیشتر برای بیماران بیشتری گسترش داد.»

هنوز موانعی در پیش است. دوام ایمپلنت، خطر عفونت، تنظیم و کالیبراسیون دستگاه و آموزش زمان‌بری که برای هر بیمار لازم است، همچنان چالش‌های واقعی هستند. مسیرهای نظارتی و هزینه درمان‌های پیچیده نیز تعیین خواهند کرد که این رویکرد با چه سرعتی می‌تواند به جمعیت بزرگ‌تری از افراد مبتلا به آسیب نخاعی برسد.

با این حال، پیامدهای این فناوری گسترده است. رابط‌های مغز و کامپیوتر حلقه‌بسته، فراتر از بازگرداندن کنترل حرکتی پایه و حس لمس، می‌توانند راهبردهای توان‌بخشی را تقویت کنند، بار مراقبان را کاهش دهند و کیفیت زندگی را بهبود بخشند. این فناوری‌ها همچنین درک علمی از چگونگی کدگذاری نیت و احساس در مغز را دقیق‌تر می‌کنند.

برای بیمارانی مانند کیت توماس، این تغییر عمیقا شخصی است. او به خبرنگاران گفت: «می‌توانم یک فنجان را بردارم و خودم از آن بنوشم. احساس دوباره دست خواهرم چیزی بود که هرگز امیدم را نسبت به آن از دست ندادم.» اکنون پشت این امید، یک مسیر علمی قرار دارد؛ مسیری که الکترودها، نرم‌افزار سازگارشونده و توانایی خود مغز برای سیم‌کشی دوباره را با هم پیوند می‌دهد.