پژوهشگران به منظور بازیابی بینایی در افراد نابینا، به کمک درون کاشت (Implant) مغز تازه ای که به چشم کاری ندارد، دیدی ابتدایی ایجاد کردند.
به گزارش زومیت، برناردتا گومز با اشاره به خط بزرگ سیاهی که روی برگه ی مقوایی سفیدی کشیده شده و کمی با او فاصله دارد، به زبان اسپانیایی می گوید: «Allí» (یعنی آنجا). این مسئله برای زنی ۵۷ ساله که بیش از یک دهه است بینایی خود را از دست داده، اتفاقی تأثیرگذار محسوب می شود.
وقتی گومز ۴۲ ساله بود، در اثر ابتلا به نوروپاتی اپتیک توکسیک مجموعه اعصاب متصل کننده ی چشم به مغزش تخریب شد و کاملا بینایی خود را از دست داد. او حتی نمی تواند نور را تشخیص دهد؛ اما پس از ۱۶ سال تاریکی، به وی فرصتی ۶ ماهه داده شد که در آن، می توانست تصویری با وضوح بسیار کم از جهان ببیند که با تابش نقطه ها و اشکال سفید و زرد نمایان می شد.
برناردتا گومز این قابلیت را به لطف عینکی مجهز به دوربین به دست آورد. این ابزار به کامپیوتری متصل می شود که منبع ویدئو زنده را پردازش و آن را به سیگنال های الکترونیکی تبدیل می کند. کابلی که از سقف آویزان است، سیستم را به درگاه تعبیه شده در پشت جمجمه ی گومز وصل می کند که به درون کاشت ۱۰۰ الکترودی کاشته شده در قشر بینایی در پشت مغزش متصل شده است.
با استفاده از سیستم مذکور، گومز چراغ های سقف، حروف، اشکال ساده چاپ شده روی کاغذ و مردم را تشخیص می داد. در مدت آزمایش و چهار روز در هر هفته، گومز را همسرش به آزمایشگاه می آورد و به سیستم وصل می شد. اولین لحظه ی بینایی گومز در اواخر سال ۲۰۱۸، نقطه ی اوج دهه ها پژوهش ادواردو فرناندز، مدیر مهندسی عصبی در دانشگاه دانشگاه میگوئل هرناندز در الچه اسپانیا بود. هدف او بازگرداندن بینایی به حدود ۳۶ میلیون نفری بود که در سرتاسر جهان از نعمت بینایی محروم بودند. رویکرد فرناندز بسیار هیجان انگیز است؛ به ویژه اینکه چشم ها و اعصاب بینایی را به کلی دور می زند.
در پژوهش های گذشته، سعی شده بود با ساخت چشم یا شبکیه ی مصنوعی، بینایی به شخص نابینا بازگردانده شود. این کار در مواردی نتیجه بخش بود؛ اما در بسیاری از افراد نابینا مانند گومز، سیستم عصبی متصل کننده ی شبکیه به پشت مغز آسیب دیده است.
چشم مصنوعی نابینایی آن ها را برطرف نمی کند؛ به همین دلیل در سال ۲۰۱۵، شرکت دید دوم (Second Sight) که در سال ۲۰۱۱ در اروپا و در سال ۲۰۱۳ در آمریکا مجوز فروش شبکیه ی مصنوعی را برای بیماری نادری به نام رتینیت پیگمانتر گرفته بود، از دو دهه کار روی شبکیه به کار روی قشر بینایی روی آورد.
شرکت دید دوم می گوید کمی بیش از ۳۵۰ نفر در حال استفاده از درون کاشت شبکیه ای آرگوس۲ هستند. فرناندز به نقل از راس ژوسگالیان، روزنامه نگار ام آی تی تکنولوژی، گفت پیشرفت در فناوری درون کاشت و درک بهتر سیستم بینایی انسان به او این اطمینان را داده است که به طور مستقیم سراغ مغز برود. او می گوید: اطلاعات موجود در سیستم عصبی همان اطلاعاتی است که در دستگاه الکتریکی وجود دارد.
بازیابی بینایی ازطریق تغذیه ی مستقیم سیگنال ها به مغز، رویکرد بلندپروازانه ای است؛ اما اصول پشت صحنه ی آن دهه ها است در درون کاشت های کنونی در پزشکی استفاده می شود. فرناندز توضیح می دهد: در حال حاضر، دستگاه های الکتریکی زیادی داریم که با بدن انسان در تعامل هستند. یکی از آن ها ضربان ساز است و در سیستم حسی نیز، درون کاشت حلزون را داریم.
درون کاشت حلزون نسخه ی شنیداری از پروتزی است که فرناندز آن را برای گومز ساخت: میکروفن خارجی و سیستم پردازنده که سیگنال دیجیتال را به درون کاشتی در گوش داخلی منتقل می کند. الکترودهای درون کاشت پالس هایی از جریان را به اعصاب مجاور ارسال و مغز آن ها را به عنوان صدا درک و تفسیر می کند. درون کاشت حلزون که نخستین بار در سال ۱۹۶۱ روی بیمار آزمایشی به کار گرفته شد، اکنون به بیش از نیم میلیون نفر در سرتاسر جهان کمک می کند بتوانند گفت وگوهای روزمره ی خود را انجام دهند. فرناندز می گوید: برنا نخستین بیمار ما بود؛ اما در چند سال آینده، درون کاشت ها را در پنج فرد نابینای دیگر آزمایش خواهیم کرد. آزمایش های مشابهی روی حیوانات نیز انجام داده ایم؛ اما گربه یا میمون نمی تواند آنچه می بیند، توضیح دهد.
آزمایش به شهامت و نصب درون کاشت به عمل جراحی نیاز داشت که همیشه با خطرهایی همراه است. برداشت آن ۶ ماه بعد نیز، محتاج عمل جراحی بود. این پروتز برای استفاده ی طولانی مدت تأیید نشده است.
تشنج ها و فسفن ها
ژوسگالیان در توصیف ملاقاتش با گومز می گوید: پیش از آنکه او را ببینم، صدایش را شنیدم؛ صدای زنی که حدود یک دهه از سنش جوان تر به نظر می رسد. او به صورت شمرده و متین و با صدایی گرم و مطمئن سخن می گوید. وقتی او را در آزمایشگاه دیدم، متوجه شدم از چیدمان فضا خبر دارد و می تواند مسیر خود را پیدا کند. وقتی برای خوشامدگویی به سوی او قدم برداشتم، در ابتدا صورتش را به سمت اشتباهی برگرداند، تا اینکه به او سلام کردم. وقتی می خواستم با او دست بدهم، همسرش دست او را به سوی دست من هدایت کرد.
گومز برای گرفتن MIR مغز به اینجا آمده است تا ببیند پس از گذشت ۶ ماه از حذف درون کاشت، وضعیتش چگونه است. او همچنین می خواهد بیمار نامزدشده ی دیگر برای آزمایش را ملاقات کند. وقتی فرناندز توضیح می دهد چگونه سخت افزار به جمجمه متصل می شود، گومز دست بیمار نابینای دیگر را می گیرد و پشت سر خود، یعنی جایی قرار می دهد که در آن خروجی فلزی دستگاه تعبیه شده بود. اکنون تقریبا هیچ نشانی از آن خروجی وجود ندارد. او می گوید عمل جراحی درون کاشت چنان برایش بدون مشکل بود که روز بعد برای اتصال به سیستم و شروع آزمایش به آزمایشگاه آمد. او از آن زمان هیچ مشکل یا دردی نداشته است.
گومز خوش شانس بود؛ چراکه روند طولانی مدت آزمایش های منتهی به درون کاشت موفقیت آمیز او گذشته ی پرفراز و نشیبی داشته است. در سال ۱۹۲۹، عصب شناسی آلمانی، اوتفرید فورستر، کشف کرد اگر حین عمل جراحی الکترودی را به قشر بینایی بچسباند، می تواند موجب ظاهرشدن نقطه ی سفیدی در میدان بینایی بیمار شود. او این پدیده را «فسفن» نامید. در آن زمان، دانشمندان و نویسندگان داستان های علمی تخیلی قابلیت ساخت پروتز بینایی «دوربین به کامپیوتر به مغز »را تجسم کردند و حتی برخی پژوهشگران سیستم های ابتدایی را نیز در این زمینه ساختند.
در اوایل دهه ی ۲۰۰۰، این فرض هنگامی به واقعیت پیوست که پژوهشگر حوزه ی زیست پزشکی، ویلیام دوبل، چنین پروتزی را در سر بیمار آزمایشی نصب کرد. البته این دستگاه به دلیل تحریک بیش از حد مغز موجب بروز تشنج هایی در فرد بیمار می شد. علاوه بر این، مشکل عفونت نیز وجود داشت. با این حال، دوبل دستگاه خود را همراه با ویدئو تبلیغاتی که مرد نابینایی را در حال رانندگی آرام در پارکینگی بسته نشان می داد، برای استفاده ی روزمره به بازار عرضه کرد. وقتی دوبل در سال ۲۰۰۴ از دنیا رفت، پروتز او نیز همراه او از میان رفت. برخلاف دوبل که بارها اعلام می کرد درمانی برای نابینایی یافته است، فرناندز دوست ندارد امید واهی ایجاد کند. او می گوید: امیدواریم سیستمی داشته باشیم که مردم بتوانند از آن استفاده کنند و در حال حاضر، مشغول انجام آزمایش های اولیه هستیم.
البته گومز که سیستم آزمایشی او را امتحان کرد، درواقع، موفق شد ببیند. اگرچه ایده ی اصلی پشت صحنه ی دید گومز (یعنی اتصال دوربین به کابل ویدئویی و مغز) ساده به نظر می رسد، جزئیات آن ساده نیست. فرناندز و گروهش ابتدا باید بخش دوربین را درک می کردند. شبکیه ی چشم انسان چه نوع سیگنالی تولید می کند؟
برای یافتن پاسخ این پرسش، فرناندز شبکیه ی چشم افراد فوت شده را می گرفت و به الکترودهایی وصل می کرد و درمعرض نور قرار می داد و سعی می کرد سیگنال حاصل از الکترودها را درک کند. آزمایشگاه او رابطه ی نزدیکی با بیمارستانی محلی دارد که گاهی حتی هنگام نیمه شب و با از دنیا رفتن اهداکننده ی عضو با او تماس می گیرند. شبکیه ی چشم انسان را تقریبا هفت ساعت می توان زنده نگه داشت.
گروه پژوهشی همچنین از یادگیری ماشین برای انطباق خروجی الکتریکی شبکیه به ورودی های ساده بصری استفاده می کند. این کار به آن ها کمک می کند نرم افزاری طراحی کنند که به طور خودکار این فرایند را شبیه سازی کند. مرحله ی بعد، گرفتن این سیگنال و تحویل آن به مغز است. در پروتزی که فرناندز آن را برای گومز ساخت، اتصالی کابل دار به سوی درون کاشت عصبی رایجی می رود که با نام «آرایه ی یوتا» شناخته می شود و کمی کوچک تر از برجستگی روی قطب مثبت یک باتری نیم قلمی است. از درون کاشت، ۱۰۰ الکترود ریز بیرون آمده است که هرکدام طولی به اندازه ی یک میلی متر دارد. هر الکترود می تواند جریان را به یک تا چهار نورون تحویل دهد. زمانی که درون کاشت وارد می شود، الکترودها در سطح مغز نفوذ می کنند و وقتی برداشته می شود، ۱۰۰ قطره کوچک خون در حفره های به جا مانده از الکترودها تشکیل می شود.
فرناندز مجبور بود در هر زمان یک الکترود را کالیبره و به تدریج جریان قوی تری به آن ارسال کند تا وقتی که گومز بگوید کی و کجا فسفن می بیند. تنظیم تمام این ۱۰۰ الکترود بیش از یک ماه زمان برد. فرناندز می گوید: مزیت رویکرد ما آن است که الکترودهای آرایه وارد مغز می شوند و در مجاورت نورون ها قرار می گیرند.
این امر به درون کاشت اجازه می دهد به کمک جریان الکتریکی بسیار کمتری از آنچه در سیستم دوبل نیاز بود، بینایی ایجاد کند و خطر بروز تشنج به میزان زیادی کاهش یابد. مهم ترین عیب پروتز و دلیل اصلی که گومز نمی توانست آن را بیش از ۶ ماه داشته باشد، این است که هیچ کس نمی داند الکترودها چه مدت می توانند بدون تخریب خود الکترودها یا مغز کاربر دوام آورند. فرناندز می گوید: سیستم ایمنی فرد تخریب الکترودها را شروع و اطراف آن بافت زخم ایجاد می کند که درنهایت، موجب تضعیف سیگنال می شود.
هنگام حرکت فرد مشکل خم شدن الکترودها نیز وجود دارد. فرناندز با قضاوت از روی پژوهش های انجام شده روی حیوانات و نگاهی اولیه به آرایه ای که گومز از آن استفاده کرد، گمان می کند مجموعه ی فعلی می تواند دو سه سال و شاید حتی دَه سال دوام بیاورد. او امیدوار است پیشرفت های آینده بتواند این زمان را بیشتر کند؛ موضوعی که لازمه ی قطعه ای سخت افزاری پزشکی است که به عمل جراحی تهاجمی نیاز دارد. سر انجام پروتز باید بتواند همچون درون کاشت حلزون به صورت بی سیم سیگنال و قدرت را به الکترودها منتقل کند؛ اما در حال حاضر، پژوهشگران از پروتز کابل دار برای آزمایش ها استفاده می کنند که بیشترین انعطاف پذیری را برای به روزرسانی سخت افزار دارد. همچنین، آن ها در طرح نهایی چنین مسئله ای را در نظر خواهند گرفت.
با وضوح ۱۰ در ۱۰ پیکسلی که تقریبا حداکثر وضوحی است که درون کاشت گومز ارائه می دهد، فرد ممکن است اشکال ساده ای مانند حروف یا چهارچوب در یا پیاده رو را درک کند؛ اما درک چهره ی افراد بسیار پیچیده تر است. به همین دلیل، فرناندز سیستم خود را با نرم افزار تشخیص چهره تقویت کرده است. او می گوید وضوح ۲۵ در ۲۵ پیکسلی نیز امکان پذیر است و ازآنجاکه آرایه ی یوتا در شکل فعلی خود بسیار کوچک است و برای اجرا به انرژی کمی نیاز دارد، به گفته ی فرناندز، هیچ دلیل فنی وجود ندارد که گروه او نتواند ۴ تا ۶ عدد از این آرایه را در هر طرف مغز بکارد تا دیدی با وضوح ۶۰ در ۶۰ پیکسل یا بیشتر فراهم شود. هنوز کسی نمی داند مغز انسان قبل از اینکه سردرگم شود و تصویری مانند برفک تلویزیون نشان دهد، چقدر از این ورودی ها را می تواند بگیرد.
گومز می گوید اگر حق انتخاب داشت، درون کاشت را از مغزش حذف نمی کرد و اگر نسخه ی به روزشده ای از این دستگاه دردسترس قرار گیرد، از آن استفاده می کند. ژوسگالیان در توصیف تجربه اش از آزمایشگاه فرناندز گفت فرناندز او را به ابزاری غیرتهاجمی متصل کرد که از آن برای غربالگری بیماران استفاده می کند. ژوسگالیان روی همان صندلی ای نشست که گومز در جریان آزمایش سال گذشته روی آن می نشست و منتظر ماند تا ابزار عصامانند دارای دو حلقه در دو طرف سرش قرار گیرد. این دستگاه که «سیم پیچ پروانه ای» نامیده می شود، به جعبه ای متصل است که نورون های مغز را با استفاده از پالس الکترومغناطیسی قوی تحریک می کند؛ فرایندی که «تحریک مغناطیسی فراجمجمه ای» نامیده می شود.
با اولین جریان، ژوسگالیان احساس کرد کسی در حال تکان دادن پوست سرش است. انگشتانش به طور غیرعمد در کف دستانش جمع شد. فرناندز با خنده به او گفت: این قشر حرکتی تو بود. اکنون می خواهیم به شما چند فسفن بدهیم.
فرناندز عصا را جا به جا و دستگاه را برای تولید پالس های سریع تر تنظیم کرد. ژوسگالیان این بار احساس کرد کسی دارد به پشت جمجمه اش ضربه می زند. سپس وقتی چشمانش کاملا باز است، چیزی می دید: خط افقی روشن که در مرکز میدان بینایی می درخشد به همراه دو مثلث سوسوزننده ی پر شده با چیزی مانند برفک تلویزیون. بینایی به محض رسیدن ناپدید شد و پس تاب کوتاهی از آن برجا ماند. فرناندز گفت: این مانند چیزی است که برنا می توانست ببیند؛ ولی دید او از جهان تا زمانی پایدار بود که سیگنال به مغز منتقل می شد.
گومز به لطف سیستم فرناندز توانست دنیایی را لمس و با آن ارتباط برقرار کند که ۱۶ سال از دیدنش محروم بود.