تحریک مغزی حس لمس دست را پس از آسیب نخاعی بازمی گرداند

تصور کنید چشمانتان را می‌بندید و بافت پارچه‌ای را حس می‌کنید که دستتان دیگر قادر به لمس آن نیست. این همان وعده کوچک اما عمیقی است که این پژوهش یک گام به آن نزدیک‌تر شده است: ارسال جریان الکتریکی هدفمند به بخش مشخصی از قشر مغز می‌تواند احساسات موضعی دست را برای افراد دچار آسیب نخاعی بازآفرینی کند.

یک دهه سیگنال برای بازگرداندن حس لامسه

پژوهشگران دانشگاه پیتسبرگ و دانشگاه شیکاگو طولانی‌ترین مطالعه انسانی تا امروز درباره تحریک ریزدرون‌قشری را گزارش کرده‌اند. این مطالعه نشان می‌دهد لمس مصنوعی که به‌طور مستقیم به قشر حسی‌پیکری مغز ارسال می‌شود، می‌تواند در طول سال‌ها ایمن و به‌طرز چشمگیری پایدار باشد. پنج داوطلب مبتلا به آسیب نخاعی مزمن، دستگاه‌های رابط مغز و رایانه کاشتنی دریافت کردند. در مجموع، این ایمپلنت‌ها طی ۲۷ سال فعال بودند و حدود ۱۶۸ میلیون پالس الکتریکی به مغز ارسال کردند، بی‌آنکه عارضه جدی ثبت شود.

چرا این موضوع اهمیت دارد؟ چون حس لامسه یک امکان تجملی و اضافی نیست. ما با لمس، فشار را ارزیابی می‌کنیم، لغزش را تشخیص می‌دهیم، نیروی گرفتن اشیا را تنظیم می‌کنیم و بدون خیره شدن به آن‌ها با محیط تعامل داریم. اندام‌های نورپروستتیک مدرن می‌توانند با رمزگشایی سیگنال‌های حرکتی مغز کنترل شوند. اما بدون بازخورد حسی، کنترل آن‌ها کند و از نظر شناختی فرساینده است. بازگرداندن سیگنال‌های لمسی به مغز، این چرخه را کامل می‌کند.

این مطالعه که در نشریه Science Translational Medicine منتشر شده، پرسش‌های عملی و بلندمدتی را مطرح کرد که آزمایش‌های کوتاه آزمایشگاهی نمی‌توانند به آن‌ها پاسخ دهند: آیا احساسات در طول زمان به ناحیه اشتباهی از بدن منتقل می‌شوند؟ آیا پالس‌های تکراری آسیب ایجاد می‌کنند؟ آیا ادراک‌های حسی پس از سال‌ها کمرنگ می‌شوند یا ماهیتشان تغییر می‌کند؟

احساسات پایدار، عوارض جانبی نادر

پاسخ، در مجموع، امیدوارکننده است. پالس‌هایی که به ناحیه نمایندگی دست در قشر حسی‌پیکری هدف‌گیری شده بودند، حتی پس از سال‌ها تحریک، به‌طور پیوسته احساساتی متمرکز بر دست ایجاد کردند. این احساسات به شکل نظام‌مند به بخش‌های نامرتبط بدن جابه‌جا نشدند. احساسات ماندگار، یعنی حالتی که پس از پایان تحریک همچنان باقی می‌ماند، نادر بود: به‌طور میانگین حدود یک مورد در هر ۲۳ هزار آزمایش تحریک. در مواردی که رخ داد، بیشتر آن‌ها ظرف ۱۰ ثانیه محو شدند. هیچ گزارشی از دردی که نیازمند درمان باشد ثبت نشد.

این نتایج برای انتقال فناوری به کاربردهای بالینی اهمیت زیادی دارد. رابرت گانت، نویسنده ارشد و دانشیار دانشگاه پیتسبرگ، توضیح داد که این پژوهش «نشانه‌ای روشن برای ایمنی و سودمندی استفاده از رابط‌های مغز و رایانه به‌منظور ارائه تحریک حسی در محیط‌های بالینی و در نهایت در خانه افراد» به شمار می‌رود. ابزارهای کمکی برای آنکه زندگی افراد را متحول کنند، باید نه فقط در مدت یک جلسه آزمایشگاهی، بلکه طی سال‌ها قابل اعتماد عمل کنند.

فناوری در کجا با چالش روبه‌رو است

هیچ فناوری‌ای بدون محدودیت نیست. چالش اصلی مشاهده‌شده، دوام الکترودها بود. در میان شرکت‌کنندگان، حدود ۶۴ درصد از الکترودهای کاشته‌شده در گذر زمان همچنان عملکرد خود را حفظ کردند. در یک فرد، پس از ۱۰ سال هنوز ۶۰ درصد الکترودها فعال بودند، هرچند نرخ افت عملکرد در مراحل بعدی مطالعه سرعت گرفت. اگر این سامانه‌ها قرار است به راهکارهای بلندمدت و خانگی تبدیل شوند، حفظ رابط‌های عصبی بادوام و باکیفیت مهم‌ترین گلوگاه مهندسی خواهد بود.

چارلز گرینسپون، نویسنده اصلی از دانشگاه شیکاگو، تأکید کرد که این داده‌ها حوزه را از امکان‌سنجی اولیه به سمت مهندسی و توسعه صنعتی سوق می‌دهند. اگر دستگاه‌ها مقاوم‌تر ساخته شوند، شرکت‌ها می‌توانند سامانه‌های نورپروستتیک بلندمدت و قابل استفاده در خانه را برای افراد مبتلا به فلج طراحی کنند.

زمینه گسترده‌تر و گام‌های بعدی

این کار بر پایه بیش از یک دهه پیشرفت بنا شده است. در سال ۲۰۱۲، گروه‌های پژوهشی کاشت الکترود در قشر حرکتی را آغاز کردند تا فرد فلج بتواند یک بازوی رباتیک را کنترل کند. تا سال ۲۰۱۵، تحریک قشر حسی برای افزودن حس لمس به کار گرفته شد. دانشگاه شیکاگو در سال ۲۰۲۰ الکترودهای حرکتی و حسی را هم‌زمان در بدن یک شرکت‌کننده کاشت و امکان مطالعه کنترل و بازخورد هم‌زمان را فراهم کرد.

پژوهشگران همچنین در حال بررسی تحریک ریزالکتریکی در نواحی مغزی مرتبط با بینایی و شنوایی هستند. به بیان دیگر، همین رویکرد پایه می‌تواند در اصل برای بازگرداندن چند حس مختلف سازگار شود. اما هر سامانه موانع خاص خود را دارد: طراحی الکترود، تأمین توان و بسته‌بندی مناسب برای ایمپلنت‌های بلندمدت، و اثبات مزایای معنادار در کارهای روزمره.

دیدگاه کارشناسی

دکتر النا مورالس، پژوهشگر مهندسی عصبی که در این کار مشارکت نداشته، گفت: «این مطالعه مجموعه‌ای کمیاب از داده‌های بلندمدت انسانی را ارائه می‌دهد که مهندسان و پزشکان به آن نیاز دارند. نشان می‌دهد مغز می‌تواند ورودی لمسی مصنوعی را برای سال‌ها بپذیرد و تفسیر کند، اما در عین حال یادآوری می‌کند که علم مواد و دوام رابط‌ها چالش‌های فوری پیش رو هستند. حل این مسائل همان چیزی است که تفاوت میان یک نمایش آزمایشگاهی و یک دستگاه بالینی قابل استفاده روزانه را رقم می‌زند.»

نتیجه‌گیری

این مطالعه نشان می‌دهد تحریک ریزدرون‌قشری می‌تواند طی سال‌های طولانی در افراد دچار آسیب نخاعی، احساسات دست را به‌صورت ایمن و تکرارپذیر ایجاد کند. ادراک‌های حسی موضعی باقی می‌مانند و عمدتاً پایدارند. وظیفه مهندسی فوری در ادامه، افزایش طول عمر الکترودها و بهبود قابلیت اطمینان دستگاه است. اگر این چالش‌ها برطرف شوند، رابط‌های مغز و رایانه مجهز به بازخورد حسی می‌توانند استفاده از اندام‌های نورپروستتیک را بسیار طبیعی‌تر کنند و حتی برای پشتیبانی از سایر حس‌های ازدست‌رفته نیز گسترش یابند.