عشق در پروتز

مارمولک ها می توانند پس از از دست دادن دم خود و خرچنگ ها پس از از دست دادن پاهای خود دوباره دوباره تولید شوند، اما در مقایسه با این حیوانات به ظاهر "ابتدایی"، انسان ها توانایی زیادی برای بازسازی در طول سیر تکاملی خود را از دست داده اند. توانایی بازسازی اندام در بزرگسالان تقریباً صفر است، به استثنای نوزادانی که ممکن است در صورت از دست دادن نوک انگشتان خود بازسازی شوند. در نتیجه، کیفیت زندگی افرادی که دست و پای خود را بر اثر تصادف یا بیماری از دست می دهند می تواند به شدت تحت تأثیر قرار گیرد و یافتن جایگزین بیولوژیکی گزینه مهمی برای پزشکان برای بهبود زندگی افراد قطع عضو بوده است.

در مصر باستان، سوابقی از اندام مصنوعی وجود داشته است. در "نشانه چهار" اثر کانن دویل نیز توصیفی از قاتل وجود دارد که از اعضای مصنوعی برای کشتن مردم استفاده می کند.

با این حال، چنین پروتزهایی پشتیبانی ساده ای را ارائه می دهند، اما بعید است که به طور قابل توجهی تجربه زندگی فرد قطع عضو را بهبود بخشند. پروتزهای خوب باید بتوانند سیگنال‌ها را در هر دو جهت ارسال کنند: از یک طرف، بیمار می‌تواند به طور مستقل پروتز را کنترل کند. از سوی دیگر، یک اندام مصنوعی باید بتواند احساسات را به قشر حسی مغز بیمار ارسال کند، درست مانند یک اندام طبیعی با اعصاب و به آنها حس لامسه بدهد.

مطالعات قبلی بر رمزگشایی کدهای مغز متمرکز شده بود تا به افراد (میمون ها و انسان ها) اجازه دهد تا بازوهای رباتیک را با ذهن خود کنترل کنند. اما دادن حس به پروتز نیز مهم است. یک فرآیند به ظاهر ساده مانند گرفتن شامل بازخورد پیچیده است، زیرا ما ناخودآگاه نیروی انگشتان خود را بر اساس احساس دست خود تنظیم می کنیم، به طوری که چیزها را از روی آن برنمی داریم یا خیلی محکم آنها را نیشگون نمی گیریم. پیش از این، بیمارانی که دست‌های مصنوعی داشتند، برای تعیین قدرت اشیا باید به چشم‌های خود تکیه می‌کردند. برای انجام کارهایی که می‌توانیم در پرواز انجام دهیم، توجه و انرژی زیادی می‌طلبد، اما حتی در این صورت هم اغلب چیزها را می‌شکنند.

در سال 2011، دانشگاه دوک یک سری آزمایش بر روی میمون ها انجام داد. آنها از میمون‌ها خواستند که از ذهن خود برای دستکاری بازوهای روباتیک مجازی برای گرفتن اجسام از مواد مختلف استفاده کنند. بازوی مجازی هنگام مواجهه با مواد مختلف سیگنال های مختلفی را به مغز میمون ارسال کرد. پس از آموزش، میمون ها توانستند به درستی یک ماده خاص را انتخاب کنند و یک جایزه غذایی دریافت کنند. این نه تنها یک نمایش اولیه از امکان دادن حس لامسه به پروتزها است، بلکه نشان می‌دهد که میمون‌ها می‌توانند سیگنال‌های لمسی ارسال شده توسط مغز پروتز را با سیگنال‌های کنترل حرکتی ارسال شده توسط مغز به پروتز ادغام کنند و یک حس کامل را ارائه دهند. محدوده بازخورد از لمس تا حس برای کنترل انتخاب بازو بر اساس حس.

این آزمایش اگرچه خوب بود، اما صرفاً عصب‌شناسی بود و شامل یک اندام مصنوعی واقعی نبود. و برای انجام این کار، باید عصب‌شناسی و مهندسی برق را با هم ترکیب کنید. در ژانویه و فوریه سال جاری، دو دانشگاه در سوئیس و ایالات متحده مقالاتی را به طور مستقل با استفاده از روش مشابه برای چسباندن پروتزهای حسی به بیماران آزمایشی منتشر کردند.

در ماه فوریه، دانشمندان Ecole Polytechnique در لوزان، سوئیس، و سایر موسسات، تحقیقات خود را در مقاله ای که در Science Translational Medicine منتشر شده است، گزارش کردند. آنها به یک سوژه 36 ساله، دنیس آبو اس؟ رنسن، با 20 محل حسی در دست روباتیک که احساسات متفاوتی را ایجاد می کند.

کل فرآیند پیچیده است. ابتدا، پزشکان بیمارستان جیمیلی رم، الکترودهایی را در دو عصب بازوی سورنسن، اعصاب مدیان و اولنار، کاشتند. عصب اولنار انگشت کوچک را کنترل می کند، در حالی که عصب میانی انگشت اشاره و شست را کنترل می کند. پس از کاشت الکترودها، پزشکان به طور مصنوعی اعصاب میانی و اولنار سورنسن را تحریک کردند و چیزی را به او دادند که مدت‌ها بود احساس نمی‌کرد: او احساس کرد دست از دست رفته‌اش حرکت می‌کند. یعنی هیچ مشکلی در سیستم عصبی سورنسن وجود ندارد.

سپس دانشمندان در Ecol Polytechnique در لوزان حسگرهایی را به دست رباتیک متصل کردند که می توانست سیگنال های الکتریکی را بر اساس شرایطی مانند فشار ارسال کند. در نهایت، محققان بازوی رباتیک را به بازوی قطع شده سورنسن متصل کردند. حسگرهای دست روباتیک جای نورون‌های حسی دست انسان را می‌گیرند و الکترودهایی که درون اعصاب قرار می‌گیرند جایگزین اعصابی می‌شوند که می‌توانند سیگنال‌های الکتریکی را در بازوی گمشده منتقل کنند.

پس از راه اندازی و رفع اشکال تجهیزات، محققان یک سری آزمایش را انجام دادند. برای جلوگیری از حواس‌پرتی‌های دیگر، آن‌ها سورنسن را چشم‌بند کردند، گوش‌هایش را پوشاندند و به او اجازه دادند فقط با دست روباتیک لمس کند. آنها دریافتند که سورنسن نه تنها می تواند سختی و شکل اشیایی را که لمس می کند قضاوت کند، بلکه می تواند بین مواد مختلف مانند اشیاء چوبی و پارچه تمایز قائل شود. علاوه بر این، دستکاری کننده و مغز سورنسن به خوبی هماهنگ و پاسخگو هستند. بنابراین او می تواند به سرعت قدرت خود را در هنگام برداشتن چیزی تنظیم کند و آن را ثابت نگه دارد. سورنسن در ویدئویی که توسط Ecole Polytechnique در لوزان ارائه شده است، گفت: "این من را شگفت زده کرد زیرا ناگهان چیزی را احساس کردم که در 9 سال گذشته احساس نکرده بودم." "وقتی بازویم را حرکت می‌دادم، می‌توانستم به جای تماشای آنچه انجام می‌دهم، احساس کنم که دارم چه کار می‌کنم."

مطالعه مشابهی در دانشگاه Case Western Reserve در ایالات متحده انجام شد. موضوع آنها ایگور اسپتیک، 48 ساله، از مدیسون، اوهایو بود. هنگام ساخت قطعات آلومینیومی موتورهای جت بر اثر اصابت چکش به او دست راست خود را از دست داد.

تکنیک مورد استفاده توسط محققان دانشگاه کیس وسترن رزرو تقریباً مشابه روش مورد استفاده در ECOLE Polytechnique در لوزان است، با یک تفاوت مهم. الکترودهای مورد استفاده در Ecole Polytechnique در لوزان نورون های بازوی سورنسن را در آکسون سوراخ کردند. الکترودهای دانشگاه Case Western Reserve به نورون نفوذ نمی کنند، بلکه سطح آن را احاطه می کنند. اولی ممکن است سیگنال های دقیق تری تولید کند و به بیماران احساسات پیچیده تر و ظریف تری بدهد.

اما انجام این کار خطرات بالقوه ای برای الکترودها و نورون ها دارد. برخی از دانشمندان نگران هستند که الکترودهای تهاجمی می توانند عوارض جانبی مزمن روی نورون ها ایجاد کنند و الکترودها دوام کمتری داشته باشند. با این حال، محققان در هر دو موسسه مطمئن هستند که می توانند بر نقاط ضعف رویکرد خود غلبه کنند. Spiderdick همچنین حس نسبتاً دقیقی از جدا شدن از کاغذ سنباده، توپ های پنبه ای و مو ایجاد می کند. با این حال، محققان در Ecole Polytechnique در لوزان گفتند که از دوام و پایداری الکترود تهاجمی خود اطمینان دارند که بین 9 تا 12 ماه در موش‌ها دوام آورد.

با این حال، هنوز برای عرضه این تحقیق در بازار خیلی زود است. علاوه بر دوام و ایمنی، راحتی پروتزهای حسی هنوز به اندازه کافی فاصله دارد. سورنسون و اسپکدیک در حین نصب پروتز در آزمایشگاه ماندند. دست‌های آن‌ها، با سیم‌ها و وسایل زیاد، هیچ شباهتی به اندام‌های بیونیک داستان‌های علمی تخیلی ندارند. Silvestro Micera، پروفسور Ecole Polytechnique در لوزان که بر روی این مطالعه کار می کرد، گفت: چندین سال طول می کشد تا اولین پروتزهای حسی که دقیقاً شبیه پروتزهای معمولی هستند، آزمایشگاه را ترک کنند.

"من از دیدن کارهایی که آنها انجام می دهند هیجان زده هستم. امیدوارم به دیگران کمک کند. می دانم که علم زمان زیادی می برد. اگر من الان نتوانم از آن استفاده کنم، اما نفر بعدی می تواند، عالی است."