آسیب نخاعی می‌تواند برای هر کسی اتفاق بیفتد و زندگی فرد را برای همیشه تغییر دهد. وقتی کسی دچار آسیب جدی نخاعی می‌شود، معمولاً از آن نقطه به پایین فلج می‌شود. دلیل این فلج ویرانگر، این است که بدن انسان قادر به بازسازی الیاف عصبی قطع شده نیست. در نتیجه مغز نمی‌تواند سیگنال‌های خود را به عضلات برساند و فلجی رخ می‌دهد.

زمینه پزشکی با کمک هوش مصنوعی (AI) و فناوری‌های جدید در تلاش است تا بیماران دچار آسیب نخاعی دوباره توانایی حرکت اندام‌های خود را بدست آورند. گروهی از دانشمندان اینتل و دانشگاه براون در آمریکا در تلاشند با توسعه یک فناوری مبتنی بر هوش مصنوعی ارتباط نخاع در محل آسیب را دوباره برقرار کنند. هدف این است که بیماران بتوانند دوباره اندام‌های خود را حس و آنها را حرکت دهند. برای آشنایی بیشتر با این پژوهش با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

آسیب نخاعی

تخمین زده می‌شود که بیش از ۱۷،۵۰۰ آسیب نخاعی جدید هر ساله در ایالات متحده رخ می‌دهد. به این معنی که از هر یک میلیون آمریکایی ۵۴ نفر آسیب نخاعی را تجربه می‌کنند. بهبودی از اینگونه آسیب‌ها آسان نیست. بیماران معمولاً در شش ماه نخست پس از آسیب دوباره عملکرد خود را به دست می‌آورند. اما هرگونه آسیب باقی‌مانده پس از یک سال احتمالاً دائمی می‌شود. بیش از ۳۰٪ صدمات نخاعی منجر به فلج جزئی یا کامل می‌شود.

توسعه رابط هوشمند نخاعی

به همین دلیل مهندسان و جراحان مغز و اعصاب در دانشگاه براون متعهد شده‌اند تا دو سال آینده را روی طراحی و ساخت رابط هوشمند نخاعی (ISI) کار کنند. بنابر گفته پژوهشگران این رابط سیگنال‌های حسی و حرکتی را از سلول‌های عصبی نخاع در بالای محل آسیب دریافت خواهد کرد. سپس یاد می‌گیرد تا سلول‌های عصبی در پایین محل آسیب را با استفاده از هوش مصنوعی تحریک کند. اکنون، با کمک ۶٫۳ میلیون دلاری آژانس پروژه‌های پژوهشی پیشرفته دفاعی ایالات متحده (DARPA)، آنها در حال آماده‌سازی الکترودهای کاشتنی هستند تا ببینند آیا امکان برقراری ارتباط با اعصاب آسیب دیده و جدا شده وجود دارد یا خیر.

کار آنها بسط یافته پژوهش‌های یک گروه در سوئیس و در مرکز پژوهش‌های آسیب نخاعی کنتاکی در دانشگاه لوییویل است. پژوهشگران سوئیسی دریافتند که تحریک نخاع می‌تواند به ترمیم کنترل عضلات پس از آسیب کمک کند. پژوهش‌های انجام شده همزمان با برنامه‌ای است که از طرف مرکز مهندسی عصبی CSNE در ایالات متحده انجام می‌شود و هدف آن اصلاح الگوریتم‌ها و سخت‌افزارهایی است که برای بازگرداندن عملکرد اندام افراد دارای ضایعات نخاعی طراحی شده است. یک تلاش دیگر به نام پروژه ByAxon، یک طرح چهار ساله و چهار ملتی است که توسط کمیسیون فناوری‌های آینده و نوظهور اروپا (Horizon 2020) حمایت مالی می‌شود. به طور مشابه این پروژه روی ایمپلنت‌هایی کار می‌کند که ارتباط عصبی دو طرف ناحیه آسیب را دوباره برقرار می‌کند.

دیوید بورتون، استادیار دانشکده مهندسی براون و پژوهشگر علوم مغزی این دانشگاه، گفت: «ما می‌دانیم که مدارهای اطراف ضایعه نخاعی اغلب فعال و کاربردی هستند. امید است که با استفاده از اطلاعات هر دو طرف ضایعه، بتوانیم تأثیر چشمگیری در درمان آسیب‌های نخاعی بگذاریم. هدف این مطالعه اکتشافی ساخت ابزاری ترکیبی از سخت افزار، نرم افزار و درک عملکردی نخاع برای درمان آسیب‌های نخاعی است».

اتصال مجدد مغز و نخاع پس از آسیب نخاعی

بورتون و همکارانش قصد دارند با استفاده از یک رابط، سیگنال‌هایی که از نخاع به سمت پایین در حرکت است را در بالای محل آسیب دیده ثبت کند. سپس سیگنال‌ها و اطلاعات ثبت شده از بالای محل آسیب را با تحریک الکتریکی به پایین محل آسیب تزریق کند. این تقلیدی از فرآیند انتقال طبیعی سیگنال‌ها در بدن است. این فرآیند به طور بالقوه به بهبود اندام و احساس عضلات در پایین محل آسیب دیده کمک می‌کند.

بنابر گفته‌های ناوین رائو، معاون شرکت اینتل و مدیر گروه محصولات هوش مصنوعی، ابزارهای هوش مصنوعی و یادگیری ماشین نقش مهمی در رمزگشایی سیگنال‌های دریافت شده از نخاع خواهند داشت. اینتل این گروه را با سخت‌افزار و نرم‌افزار لازم برای توسعه هوش مصنوعی و تخصص (به استثنای فناوری تحریک نخاع) تأمین می‌کند. دانشمندان ساخت تراشه با توماس سر (Thomas Serre)، استادیار علوم شناختی، زبانی و روانشناسی در براون همکاری خواهند کرد تا تراشه‌هایی نظیر نمونه طبیعی آن برای سامانه‌های بیولوژیکی نخاع تهیه کنند.

رائو می‌گوید: «به عنوان دانشجو دکتری در براون، من تحقیق کردم که چگونه مغز با ماشین‌ها کار کند. اکنون در اینتل، ما در حال ترکیب مهارت‌های هوش مصنوعی خود با پژوهش‌های پزشکی برتر دانشگاه براون هستیم تا به حل یک مشکل مهم پزشکی بپردازیم: نحوه اتصال مجدد مغز و نخاع پس از آسیب عمده نخاعی».

کنترل دوباره پاها و مثانه پس از آسیب نخاعی

طی دو سال آینده، این گروه پژوهشی از داوطلبان آسیب نخاعی خواهند خواست تا پس از دریافت رابط نخاعی در فیزیوتراپی شرکت کنند. تمرکز اولیه بر روی سیگنال‌های مربوط به کنترل پا برای راه رفتن و ایستادن و همچنین سیگنال‌های مربوط به کنترل مثانه خواهد بود. مورد دوم نگرانی اصلی افراد مبتلا به آسیب نخاعی است. در مرحله اول پروژه یک رایانه بیرونی سیگنال‌ها را رمزگشایی می‌کند. امید است که در آینده این فناوری به صورت یک ایمپلنت یکپارچه درآید. بورتون ادامه داد: «آنچه در این پروژه جدید است گرفتن اطلاعات از نخاع و استفاده از آن برای تحریک بخش دیگری از نخاع است».

بیشتر بخوانیم:

>> توسعه پروتز های عصبی ، گامی موثر در بهبود زندگی افراد قطع عضو و آسیب نخاعی

>> موفقیت ایمپلنت چاپی زیست تخریب پذیر برای ترمیم آسیب نخاعی در موش ها

منبع: tatech.org

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