دستگاه کوچکی که سیگنال‌های مغزی را میخواند، با موفقیت آزمایش‌های انسانی را پشت سر گذاشت. این دستگاه که کوچکتر از یک گیره کاغذ است، موسوم به Stentrode ، به بیماران معلول اجازه می‌دهد تا با ذهن خود رایانه و گوشی را کنترل کنند. با مجله فناوریهای توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.
بیماری نورون حرکتی
فیلیپ اوکیف (Philip O’Keefe) 60 ساله به بیماری نورون حرکتی مبتلا است. نورون حرکتی یک بیماری پیشرونده است که به تدریج سلول‌های عصبی مغز را از بین می‌برد و موجب فلجی می‌شود. در شش ماه گذشته، بازوهای وی قدرت و انعطاف‌پذیری خود را از دست داده و استفاده از صفحه کلید یا فشار دادن دکمه‌ها را برای وی دشوارتر کرده است.
تماشا کنید: برای نخستین بار، بیماران فلج در یک کارآزمایی بالینی از دستگاه Stentrode ساخت استرالیا برای ترجمه افکار خود استفاده می‌کنند. ویدئو: دانشگاه ملبورن
کاری که او نمی‌تواند با دستانش انجام دهد اکنون با قدرت فکر انجام می‌دهد
دستگاه کوچکی به نام Stentrode™ در رگی که دقیقاً از زیر جمجمه در بالای سر او عبور میکند، قرار گرفته است. این دستگاه قادر است سیگنال‌های مغزی او را بخواند و به صورت بی‌سیم به رایانه منتقل کند. سپس این سیگنال‌ها به کمک یک نرم‌افزار ردیابی چشم، به دستورات روی صفحه تبدیل می‌شود، مانند کلیک کردن و درگ کردن.
فیلیپ اکنون با تمرکز و تمرین، می‌تواند در اینترنت جستجو کند، تایپ کند، بانکداری آنلاین خود را بررسی کند، ایمیل بنویسد و حتی برخی کارهای نیمه وقت را برای به روزرسانی اطلاعات مشتری انجام دهد.
فیلیپ یکی از دو نفر در جهان است که اکنون در یک کارآزمایی بالینی از دستگاه Stentrode ساخت استرالیا استفاده میکند. فیلیپ و دیگر شرکت کننده در آزمایش، گراهام فلستد ۷۵ ساله، مبتلا به بیماری نورون حرکتی هستند و به ترتیب در آوریل و آگوست ۲۰۱۹ دستگاه Stentrode را پیوند زدند.
اکنون هر دو در زندگی روزمره خود از این فناوری استفاده می‌کنند.
این آزمایش نشان داد که آنها قادر به انجام عملیاتی همچون کلیک و زوم کردن هستند و به طور متوسط بیش از ۹۰ درصد دقت در کلیک کردن دارند. سرعت تایپ ۱۴ تا ۲۰ کاراکتر در دقیقه است که در صورت فعال بودن پیش‌بینی متن، سریع‌تر هم می‌شود.
ایده Stentrode
تام آکسلی (Tom Oxley) دانشیار مغز و اعصاب است وی برای نخستین بار ایده Stentrode را در سال ۲۰۱۱ ، زمانی که دانشجوی دکترای دانشگاه ملبورن بود، مطرح کرد. پس از اینکه او و دانشیار مهندسی پزشکی دانشگاه ملبورن، نیکلاس اوپی (Nicholas Opie)، بودجه اولیه را از آژانس پروژه‌های پژوهشی پیشرفته دفاعی ایالات متحده (دارپا) و شورای تحقیقات ملی پزشکی استرالیا تأمین کردند، آزمایشگاه Vascular Bionics را تشکیل دادند که شامل گروهی از پژوهشگران، پزشکان و مهندسان قطب زیست فناوری ملبورن بود. این گروه در نهایت بیمارستان سلطنتی ملبورن، دانشگاه ملبورن و مؤسسه علوم اعصاب و سلامت روان فلوری را گرد هم آوردند.
دانشیار اکسلی و دانشیار اوپی شرکت Synchrone را به عنوان وسیله‌ای برای تبدیل این فناوری از پژوهشی جهانی به یک محصول تجاری با پتانسیل افزایش کیفیت زندگی افراد معلول تأسیس کرده‌اند. آکسلی و اوپی به ترتیب مدیر ارشد اجرایی و مدیر فنی شرکت هستند.
دقیقاً شبیه استنت‌های سنتی که برای باز نگه داشتن رگ‌های خونی مورد استفاده قرار می‌گیرند، Stentrode نیز از داربست ریزی تشکیل شده است که درون رگ گسترش یافته و آن را در جای خود نگه می‌دارد. ۱۶ حسگر کوچک بر روی آن نصب شده تا فعالیت مغز را دریافت کند. طول Stentrode 40 میلی‌متر است و تقریباً ۸ میلی متر قطر دارد.
چشم انداز کنترل ذهنی اسکلت بیرونی توسط معلولان
این فناوری در ابتدا به عنوان وسیله‌ای تصور می‌شد که می‌تواند تحرک را به افراد معلول بازگرداند و به آنها اجازه می‌دهد اسکلت بیرونی رباتیک متصل به اندامشان را کنترل کنند.
این امر تا حدی به چگونگی توسعه فناوری رباتیک بستگی دارد. گروه در کوتاه مدت نشان داده است که بیمارانی که تنها از دو یا سه دستور ذهنی استفاده می‌کنند می‌توانند با موفقیت یک رایانه شخصی را کنترل کنند.
دانشیار آکسلی می‌گوید: «توانایی کنترل اسکلت بیرونی هنوز هم چشم اندازی است که داریم، اما دستگاه فعلی به هدف کوتاه مدت که بازیابی عملکرد افراد در دنیای دیجیتال است، دست یافته».
کارآیی حسگرهای مغزی
خواندن سیگنال‌های مغزی برای کار با دستگاه‌های خارجی چیز جدیدی نیست. کلاهک‌های الکتروانسفالوگرام (EEG) با حسگرهای فلزی متصل به آن، دهه‌ها برای دریافت فعالیت مغز استفاده شده است.
با سوراخ کردن جمجمه و قرار دادن حسگرهای فلزی روی مغز انسان، می‌توان به عملکرد بهتری دست یافت.
اما پروفسور David Grayden، استاد مهندسی عصبی دانشگاه ملبورن، که در تولیدStentrode همکاری کرده است، می‌گوید آنچه موجب امیدبخشی Stentrode می‌شود این است که قرار گرفتن آن در یک رگ مغزی به این معنی است که به اندازه کافی برای ضبط مؤثر فعالیت‌های مغز نزدیک است بدون اینکه در مغز کاشته شود.
پروفسور Grayden می‌گوید: «هنگامی‌که الکترودها در مغز کاشته می‌شوند، تجمع بافت اسکار در اطراف الکترودها بوجود می‌آید که توانایی آنها در ضبط سیگنال‌ها را کاهش می‌دهد. معمولاً بسیاری از الکترودها به مدت شش ماه تخریب قابل توجهی دارند و معمولاً پس از حدود یک سال کارایی چندانی ندارند».
برخلاف ایمپلنت‌های مغزی، که یک پاسخ ایمنی ایجاد میکند و منجر به ایجاد زخم در اطراف الکترودهای ضبط کننده می‌شود، Stentrode زیست سازگار است، در دیواره رگ قرار می‌گیرد و در تماس مستقیم با مغز نیست، در نتیجه می‌تواند به طور دائم کار کند.
پروفسور Clive May از مؤسسه فلوری استرالیا که در آن روش قرار دادنStentrode برای نخستین بار روی گوسفندان توسعه داده و آزمایش شد، معتقد استStentrode می‌تواند توسط طیف وسیعی از افراد مبتلا به معلولیت به کار گرفته شود. در ادامه می‌توان این دستگاه را روی بیمارانی آزمایش کرد که ممکن است به دلیل سکته مغزی یا ضایعه نخاعی فلج شده باشند».
قرار دادن Stentrode روی قشر حرکتی
این روش با بیهوشی عمومی انجام می‌شود و شامل ایجاد یک سوراخ در ورید ژوگولار دقیقاً بالای یقه استخوانی است. سپس مجموعه‌ای از لوله‌های کوچک (کاتتر) به سمت رگ اصلی که از بالای مغز زیر جمجمه عبور میکند، حرکت می‌کنند.
پروفسور پیتر میچل، جراح بیمارستان رویال ملبورن و پژوهشگر اصلی این آزمایش، با استفاده از تصویربرداری تشدید مغناطیسی کارکردی (fMRI)، می‌تواند قشر حرکتی مغز که Stentrode باید بالاتر از آن قرار گیرد را شناسایی کند.
هنگامی‌که Stentrode در جای خود قرار گرفت، کاتترها برداشته می‌شوند، اما یک الکترود ۵۰ سانتی‌متری متصل به Stentrode از زیر پوست تا قفسه سینه امتداد می‌یابد. سپس به یک دستگاه گیرنده سیگنال کوچک متصل می‌شود که به همین ترتیب در زیر پوست قرار دارد. این دستگاه فعالیت مغز را ازStentrode گرفته و این اطلاعات را از طریق نور مادون قرمز به دستگاه گیرنده خارجی که به طور موقت در خارج از قفسه سینه قرار دارد، منتقل میکند.
Stentrode با هدایت سیگنال‌های ذهنی قوی، برای نمونه سیگنالی که برای بالا بردن پای شما استفاده می‌شود، و سپس برنامه نویسی رایانه برای شناسایی آن سیگنال و ترجمه آن به یک عمل رایانه، کار میکند.
تصور حرکتی راهی برای کنترل رایانه و اجرای دستورات
برای فیلیپ، با فکر کردن در مورد حرکت مچ پای چپ خود، می‌تواند یک کلیک ماوس را انجام دهد. فیلیپ می‌گوید: «این کار در مورد آموزش مجدد مغز شما است تا به روشی دیگر عمل کند».
دانشیار اوپی، که پیشرفت دستگاه را بر عهده دارد، می‌گوید روند یادگیری مانند یادگیری شیوه یک بازی ویدیویی با استفاده از کنسول بازی است، جایی که نمی‌توانید در مورد حرکت انگشتان خود یا فشار دادن دکمه‌ها فکر کنید، بلکه به دستور یا عملی که می‌خواهید انجام دهید، فکر می‌کنید.
«این تنها در مورد آموزش استفاده از دستگاه به بیماران نیست، بلکه در مورد یادگیری از آنها و اینکه چگونه می‌توانیم به چیزی که برای کیفیت زندگی آنها ارزش فوری دارد برسیم».
«ما از نزدیک با شرکت کنندگان کار می‌کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که از فناوری ما می‌توان برای کنترل رایانه‌ها و برنامه‌هایی که برای آنها ارزش فوری دارد و تغییر دهنده زندگی است استفاده کرد. آنها می‌خواهند بتوانند فعالیت‌های زندگی روزمره را که ما بدیهی می‌دانیم، انجام دهند».
دانشیار اوپی می‌گوید: «یکی از بزرگترین چیزهایی که من آموخته‌ام تأثیری نیست که این فناوری می‌تواند بر روی بیمار بگذارد، که با دیدن آن کاملاً مشهود است، بلکه تأثیر آن بر مراقبین و توانایی آنها برای داشتن آزادی و استقلال بیشتر است».
بیشتر بخوانیم:
>> کنترل اسکلت بیرونی با ذهن برای مبتلایان آسیب نخاعی
>> ایمپلنت عصبی و مغزی چگونه کار می کند؟ (بخش دوم)
منبع: University of Melbourne
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»
