با وجود پیشرفت‌های چشمگیر در پزشکی، آسیب عصبی هنوز یک چالش علمی بزرگ باقی مانده است. این پژوهش یک پیشرفت جدید در غلبه بر آسیب عصبی با استفاده از فناوری نورومورفیک ارائه می‌دهد. در این مطالعه پژوهشگران موفق شدند حرکت پای موش‌های فلج را تنها با عصب‌های مصنوعی کنترل کنند؛ بدون رایانه خارجی پیچیده و حجیم تنها با استفاده از دستگاه‌های نورورمورفیک که ساختار و عملکرد رشته‌های عصبی زیستی را شبیه‌سازی می‌کنند. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

یک گروه پژوهشی بین‌المللی به سرپرستی پروفسور Tae-Woo Lee (گروه علوم و مهندسی مواد، دانشگاه ملی سئول، جمهوری کره) و پروفسور Zhenan Bao (بخش مهندسی شیمی، دانشگاه استنفورد، ایالات متحده) موفق به بازیابی حرکات عضلانی در موش‌های فلج شده از طریق عصب‌های مصنوعی شدند. نتایج این پژوهش در Nature Biomedical Engineering منتشر شد.

تحریک الکتریکی عملکردی

عصب‌هایی که برای فعالیت‌های زندگی ضروری هستند و همچنین تأثیر قابل‌توجهی بر کیفیت زندگی دارند، به راحتی به دلایل مختلف مانند آسیب جسمی، علل ژنتیکی، عوارض ثانویه و افزایش سن آسیب می‌بینند. هنگامی که عصب‌ها آسیب می‌بینند بازسازی آنها دشوار است و برخی یا همه عملکردهای آنها به دلیل سیگنال‌دهی ضعیف زیستی برای همیشه از بین می‌رود.

یکی از روش‌هایی که برای توانبخشی بیماران مبتلا به آسیب عصبی استفاده می‌شود، تحریک الکتریکی عملکردی (FES) است. تحریک الکتریکی عملکردی از سیگنال‌های کنترل شده توسط رایانه استفاده می‌کند. از طریق این تنظیمات، تحریک الکتریکی بر روی عضلاتی اعمال می‌شود که در بیماران مبتلا به نوروپاتی دیگر قابل کنترل نیستند. این تحریک، انقباض عضلانی را القا می‌کند و در نتیجه حرکات مفیدی در بدن ایجاد می‌شود. با این حال، این رویکرد مرسوم محدودیت‌هایی دارد که برای استفاده طولانی‌مدت در زندگی روزمره بیماران مناسب نیست. این روش شامل مدارهای دیجیتال پیچیده و رایانه‌هایی برای پردازش سیگنال و تحریک عضلات است، انرژی بسیاری مصرف می‌کند و فرآیندی با زیست سازگاری ضعیف است.

شبیه‌سازی عصب‌های زیستی

گروه پژوهشی برای حل این مشکل موفق شد حرکت پای موش‌ها را تنها با عصب‌های مصنوعی کنترل کنند؛ بدون رایانه خارجی پیچیده و حجیم با استفاده از دستگاه‌های نورورمورفیک کشش‌پذیر و کم مصرف که ساختار و عملکرد رشته‌های عصبی زیستی را شبیه‌سازی می‌کنند. این عصب مصنوعی کشش‌پذیر شامل یک حسگر فشار است که یک گیرنده عمقی را شبیه‌سازی می‌کند و حرکات ماهیچه‌ای را تشخیص می‌دهد، یک سیناپس مصنوعی ارگانیک که یک سیناپس بیولوژیکی را شبیه‌سازی می‌کند و یک الکترود هیدروژل برای انتقال سیگنال‌ها به عضلات پا.

پژوهشگران حرکت پاهای موش و نیروی انقباض ماهیچه‌ها را با فرکانس پتانسیل عمل منتقل شده به سیناپس مصنوعی (مشابه عصب بیولوژیکی) تنظیم کردند. با این روش، سیناپس مصنوعی نسبت به تحریک الکتریکی عملکردی معمولی حرکات پای نرم‌تر و طبیعی‌تری ایجاد کرد.

گیرنده عمقی مصنوعی، حرکت پای موش را تشخیص می‌دهد و به سیناپس مصنوعی بازخورد لحظه‌ای می‌دهد تا از آسیب عضلانی به دلیل حرکت بیش از حد پا جلوگیری کند.

پژوهشگران موفق شدند به یک موش فلج اجازه دهند توپ را لگد بزند یا راه برود و روی تردمیل بدود. همچنین گروه با نمونه‌برداری از سیگنال‌های از پیش ضبط شده از قشر حرکتی حیوانات متحرک و حرکت دادن پاهای موش از طریق سیناپس‌های مصنوعی، کاربرد عصب‌های مصنوعی را برای حرکت ارادی در آینده نشان دادند.

پژوهشگران کاربرد جدیدی را در زمینه فناوری نورومورفیک کشف کردند که به عنوان یک دستگاه محاسباتی نسل آینده با شبیه‌سازی رفتار یک شبکه عصبی بیولوژیکی توجه را به خود جلب می‌کند.

پروفسور Tae-Woo Lee در مورد اهمیت این مطالعه می‌گوید: «با وجود پیشرفت‌های چشمگیر در پزشکی، آسیب عصبی هنوز یک چالش علمی بزرگ از گذشته تا به امروز بوده است و بدون یک پیشرفت جدید، همچنان یک مشکل دشوار باقی خواهد ماند. این پژوهش یک پیشرفت جدید در غلبه بر آسیب عصبی به روش مهندسی با استفاده از فناوری نورومورفیک، نه با روش زیست پزشکی، ارائه می‌کند. رویکرد مهندسی برای غلبه بر آسیب‌های عصبی مسیر جدیدی را برای بهبود کیفیت زندگی افرادی که از بیماری‌ها و اختلالات مرتبط رنج می‌برند باز خواهد کرد».

پروفسور Zhenan Bao، به پتانسیل این مطالعه اشاره کرد و گفت: «از طریق توسعه عصب‌های مصنوعی کشش‌پذیر برای بیماران دچار عصب‌های آسیب‌دیده، سنگ بنای پروتزهای عصبی پوشیدنی مناسب‌تر و کاربردی‌تر فراهم شده است».

>> آزمایش موفق داروی جدید برای درمان آسیب نخاعی

>> درمان آسیب نخاعی با پیوند بافت نخاع

منبع: medicalxpress.com

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»