صحنه تقریبا حال و هوایی سینمایی داشت: پژوهشگری در شیکاگو فرمانی را از طریق اینترنت ارسال کرد و کسری از ثانیه بعد، یک دستگاه بسیار کوچک درون بدن موشی که آزادانه در دائجون کره جنوبی حرکت می‌کرد، پاسخ داد. ده هزار و ششصد و نود و شش کیلومتر مسیر فیبر نوری و سخت‌افزار، در فاصله‌ای ۱۰۹ میلی‌ثانیه‌ای میان تصمیم و عمل خلاصه شد.
چگونه یک آزمایش عصبی از راه دور را عملی کردند
این کار یک آزمون مهندسی بود که ظرفیت علمی آن کاملا روشن به نظر می‌رسید. گروه‌هایی از کی‌ای‌آی‌اس‌تی و دانشگاه یونسه در مقاله‌ای در ساینس ادونسز سامانه‌ای به نام رپیدو را معرفی کردند. نکته اصلی این بود: فرمان‌هایی که در شیکاگو صادر شدند، از زیرساخت موجود اینترنت به رایانه‌ای در آزمایشگاه کره رسیدند و از آنجا یک ارتباط بی‌سیم، ایمپلنت مغزی کوچکی را درون بدن موش فعال کرد. میانگین زمان پاسخ رفت و برگشتی حدود ۱۰۹ میلی‌ثانیه بود. آن‌قدر سریع که برای بسیاری از آزمایش‌های علوم اعصاب کافی باشد. آن‌قدر سریع که تقریبا آنی احساس شود.
موشی که آزادانه حرکت می‌کند و ایمپلنت مغزی بی‌سیم رپیدو را حمل می‌کند.
اما رپیدو فقط یک کلید کنترل از راه دور نیست. این سامانه دو نوع مداخله را در یک بسته کوچک و واحد ترکیب می‌کند که موش‌ها می‌توانند هنگام رفتار طبیعی خود آن را حمل کنند. یک کانال، دوزهای برنامه‌ریزی‌شده را از یک کارتریج قابل‌شارژ دوباره منتقل می‌کند. کانال دیگر از طریق یک ال‌ای‌دی مینیاتوری نور منتشر می‌کند تا سلول‌های هدف‌گیری‌شده ژنتیکی را تحریک کند، رویکردی که با نام اپتوژنتیک شناخته می‌شود. پژوهشگران می‌توانند این عملکردها را جداگانه فعال کنند، آن‌ها را در یک زمان‌بندی مشخص روی هم قرار دهند یا توالی‌های از پیش برنامه‌ریزی‌شده‌ای را از طریق اینترنت اجرا کنند.
آزمایش‌ها در عمل چه چیزی را بررسی کردند
این تیم برای اعتبارسنجی پلتفرم، دو آزمون رفتاری جداگانه انجام داد. آزمون نخست بر قابلیت دارورسانی با کارتریج قابل‌شارژ دوباره تمرکز داشت. از رپیدو برای تزریق دوزهای متفاوت کوکائین به‌طور مستقیم در هسته اکومبنس استفاده شد؛ ناحیه‌ای از مغز که ارتباطی نزدیک با پاداش و حرکت انگیزشی دارد. نتیجه، تغییرات وابسته به دوز در حرکت بود. این اثرات دو، سه و چهار هفته پس از کاشت نیز قابل تکرار بودند و نشان دادند که رسانش دارو در طول زمان، بدون جراحی‌های مکرر، به شکل تکرارپذیر انجام می‌شود.
نمای کلی ایمپلنت مغزی و عملکرد اصلی آن.
آزمایش دوم، کنترل نوری ایمپلنت را به‌صورت جداگانه بررسی کرد. به جای آنکه از ایمپلنت برای رساندن کوکائین استفاده شود، پژوهشگران دارو را به‌صورت داخل‌صفاقی تزریق کردند و از ایمپلنت فقط برای انتشار نور بهره گرفتند. فعال‌سازی اپتوژنتیک، مسیر پیام‌رسانی روآ را در مرحله شرطی‌سازی هدف قرار داد. موش‌هایی که کوکائین دریافت کردند اما نوری دریافت نکردند، ترجیح مکانی روشنی برای محفظه مرتبط با دارو نشان دادند. حیواناتی که مسیر روآ در آن‌ها توسط ایمپلنت فعال شد، همان ترجیح را ایجاد نکردند. به بیان ساده، تحریک نوری نحوه یادگیری موش‌ها برای ارزش‌گذاری محیط جفت‌شده با کوکائین را تغییر داد.
فرمان‌های ارسال‌شده از شیکاگو، یک ایمپلنت مغزی رپیدو را در دائجون کره جنوبی، در فاصله ۱۰۵۹۶ کیلومتری، از راه دور فعال کردند.
این‌ها نمایش‌هایی در حد اثبات مفهوم هستند. آن‌ها نشان می‌دهند که این پلتفرم می‌تواند شیمی مغز و پیام‌رسانی عصبی را به‌صورت تکرارپذیر تغییر دهد و این دست‌کاری‌ها به پیامدهای رفتاری قابل اندازه‌گیری منجر می‌شوند. با این حال، این نتایج درمانی برای اعتیاد را نشان نمی‌دهند و ادعای کاربرد بالینی فوری نیز ندارند.
جه‌وونگ جونگ، مهندس برق کی‌ای‌آی‌اس‌تی که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، به ساینس‌الرت گفت: «ایمپلنت مغزی ما به پژوهشگران امکان می‌دهد مداخلات دارویی و نوری تکرارشونده، بلندمدت و کنترل‌شده از راه دور را در حیواناتی که آزادانه حرکت می‌کنند انجام دهند، بدون آنکه لازم باشد حیوان بارها دست‌کاری شود یا ایمپلنت با جراحی‌های اضافی تعویض شود. این موضوع انجام آزمایش‌های طولی را با مداخله مستقیم کمتر و کاهش اثر حضور آزمایشگر ممکن می‌کند.»
جونگ درباره محدودیت‌ها نیز صریح بود. او گفت: «بزرگ‌ترین چالش، اثبات ایمنی و قابلیت اطمینان بلندمدت در مغز انسان است» و اشاره کرد که انتقال این فناوری به کاربرد بالینی به آزمون‌های گسترده درباره زیست‌سازگاری، بسته‌بندی، سامانه‌های رسانش و کنترل‌های ایمن در برابر خطا نیاز دارد. اپتوژنتیک لایه دیگری از پیچیدگی را اضافه می‌کند، زیرا برای حساس کردن سلول‌ها به نور، به رسانش ژنی ایمن نیاز است.
چرا کنترل از راه دور برای علوم اعصاب مهم است
آزمایش‌هایی را تصور کنید که صرف حضور یک انسان در اتاق، رفتار را دچار سوگیری نمی‌کند. یا همکاری‌هایی را در نظر بگیرید که در آن یک متخصص در هزاران کیلومتر دورتر می‌تواند بدون ترک میز کار خود، مداخلاتی با زمان‌بندی بسیار دقیق اجرا کند. فعال‌سازی از راه دور، استرس ناشی از دست‌کاری حیوانات را کاهش می‌دهد، همکاری چندمرکزی را ممکن می‌کند و از مطالعات طولی گسترده‌ای پشتیبانی می‌کند که سازگاری مدارهای عصبی را در طول هفته‌ها دنبال می‌کنند.
در عین حال، این معماری پرسش‌های عملی و اخلاقی مهمی ایجاد می‌کند. دسترسی از راه دور به امنیت سایبری بسیار سخت‌گیرانه و سازوکارهای ایمن و مقاوم در برابر خطا نیاز دارد. برای انتقال به انسان، سامانه‌های دارورسانی تکرارشونده باید استانداردهای بالایی در زمینه استریل بودن، دقت دوز و پاسخ بافتی بلندمدت داشته باشند. همچنین اگر اپتوژنتیک روزی وارد درمان انسانی شود، رسانش ژنی ایمن و هدفمند به مسئله‌ای تعیین‌کننده تبدیل خواهد شد.
از نظر فنی، درخشش رپیدو در ترکیب چند ویژگی است که پیش‌تر بیشتر به‌صورت جداگانه دیده شده بودند: کارتریج‌های قابل‌شارژ دوباره، کنترل بی‌سیم، زمان‌بندی‌های قابل برنامه‌ریزی و تحریک نوری هدفمند. کارهای پیشین همین گروه شامل ایمپلنت‌های کنترل‌شونده با گوشی هوشمند برای موش‌ها و کارتریج‌های دارویی قابل تعویض بود. رپیدو این پیشرفت‌ها را یکپارچه می‌کند و قابلیت عملیات از راه دور در مقیاس اینترنت را به آن‌ها می‌افزاید.
دیدگاه کارشناس
دکتر لینا مورالس، مهندس عصب‌فناوری که رابط‌های کاشتنی را مطالعه می‌کند، دیدگاهی واقع‌بینانه ارائه داد. او گفت: «این یک گام مهم برای پژوهش توزیع‌شده در علوم اعصاب است. دستاورد فنی قابل توجه است: دستیابی به کنترل کمتر از ۲۰۰ میلی‌ثانیه روی یک ایمپلنت بی‌سیم در دو قاره، کار ساده‌ای نیست. از نظر عملی، این فناوری مسیر را برای آزمایش‌های چندمرکزی باز می‌کند و عوامل مخدوش‌کننده ناشی از دست‌کاری حیوان را کاهش می‌دهد. اما مسیر تبدیل یک ابزار آزمایشگاهی به درمان بالینی طولانی است. ایمنی، دوام و اخلاق مداخله از راه دور باید راهنمای هر برنامه انتقال به کاربرد انسانی باشد.»
نتیجه‌گیری
رپیدو را بهتر است به‌عنوان یک پلتفرم پژوهشی در نظر گرفت که دامنه آزمایش‌ها را گسترش می‌دهد. این ابزار به دانشمندان اجازه می‌دهد رابطه علت و معلول را در مدارهای مغزی با انعطاف زمانی تازه و مداخله فیزیکی کمتر بررسی کنند. نمایش اینکه آزمایشگاهی در شیکاگو توانست دستگاهی را در کره فعال کند، یک اثبات فناورانه است که به پرسش‌های بزرگ‌تری اشاره دارد: چگونه علم از راه دور را مسئولانه انجام دهیم، چگونه دستگاه‌های عصبی را ایمن‌سازی کنیم و چگونه پژوهش ظریف حیوانی را به درمان‌های انسانی ایمن و موثر تبدیل کنیم. در حال حاضر، رپیدو راهی تازه برای آزمودن فرضیه‌ها درباره عملکرد مغز و رفتار در اختیار پژوهشگران می‌گذارد و هم‌زمان یادآوری می‌کند که پیشرفت‌های مهندسی اغلب زودتر از اخلاق و مقرراتی از راه می‌رسند که کاربرد آینده آن‌ها را شکل خواهند داد.
پژوهش‌های مرتبط و مطالعه بیشتر در مقاله اصلی ساینس ادونسز از جونگ و همکاران، ۲۰۲۶، در دسترس است.
.avif)
نظر بگذارید
نظرات (5)
دستاوردِ مهندسیه ولی بنظرم کمی هایپ شده. کلی چک لیست ایمنی و تست طولانی لازمه، اپتوژنتیک تو انسان هم سدهای بزرگ داره
من هم قبلا رباتای آزمایشگاهی رو از راه دور کنترل کردم، اما این ترکیب دارو + اپتوژنتیک سطحش بالاتره، ابهامات زیاده، مخصوصا از نظر اخلاقی
این اصلا امنه؟ ۱۰۹ میلی‌ثانیه عالیه ولی حمله سایبری یا خطا چطور کنترل میشه؟ سوالای مهمی مونده... 🤔
مناسب برای پژوهش، اما نه درمان فوری. خیلی ویژگی‌ها خوب جمع شده، امیدوارم مسائل ایمنی حل شه و استانداردها رعایت بشه
وااای اینو دیدم انگار تو فیلم بودم! فکرش هم زده منو، کنترل از راه دور مغز؟ هیجان‌انگیز و یه ذره ترسناک هم... واقعاً؟