در آزمایشی جدید، افراد بینا و نابینا توانستند حروفی را ببینند که دانشمندان به کمک الکتریسیته روی مغز آن ها ترسیم می کردند.
دانشمندان مغز را با استفاده از الکترودهای کاشته شده روی سطح آن تحریک، الگوهایی از الکتریسیته را به مغز ارسال کردند و مغز را بر آن داشتند حروفی را ببیند که در آنجا نبودند. طبق این مطالعه که به تازگی در مجله ی Cell منتشر شده ، این آزمایش هم در افراد بینا و هم در شرکت کنندگان نابینایی جواب داد که بینایی خود را در بزرگ سالی از دست داده بودند. اگرچه این فناوری روزهای اول خود را می گذراند، دستگاه های کاشتنی می توانند به طور بالقوه در آینده برای تحریک مغز و تا حدودی بازگرداندن بینایی افراد استفاده شوند.
ایمپلنت های به کار رفته در مطالعه که با عنوان پروتزهای بینایی شناخته می شوند، روی قشر بینایی قرار داده شده و سپس طبق الگویی که تحریک شدند می توانند اشکالی را دنبال کنند که شرکت کنندگان سپس بتوانند آن ها را ببینند. نسخه های پیشرفته تر این ایمپلنت ها می توانند مشابه ایمپلنت های حلزون گوش کار کنند که اعصاب گوش داخلی را به مدد الکترودها برای کمک به تقویت توانایی شنوایی کاربر تحریک می کند. نویسندگان مقاله، مایکل ﺑﻮﺷﺎﻣﭗ، دانشمند علوم اعصاب و دکتر دانیل یوشور، جراح مغز و اعصاب، هر دو از کالج پزشکی بیلور هستند و در ایمیلی به وب سایت خبری لایوساینس گفتند: « نسخه ای اولیه از چنین دستگاهی می تواند تشخیص طرح بیرونی اشکال تجربه شده را ممکن کند». مطالعه ی حاضر گامی کوچک برای تحقق چنین فناوری است.
دیدن ستاره ها
نویسندگان این مطالعه حروف را با تحریک مغز با جریان های الکتریکی ایجاد کردند و باعث شدند مغز فسفن هایی ایجاد کند. فسفن ها نقاط بسیار ریز نور هستند که مردم گاهی اوقات آن ها را بدون ورود نور واقعی به چشم می بینند. برخلاف نوری که از جسمی در اتاق منعکس و وارد چشم شما می شود، فسفن ها به عنوان تغییری ناگهانی در سیستم پردازش بینایی رخ می دهد. شما این نقاط نور را می بینید؛ حتی اگر آن ها درواقع در آنجا نباشند. برای مثال، ممکن است وقتی چشمان خود را در اتاقی تاریک می مالید، فسفن ها را دیده باشید؛ پدیده ای که به گفته ی نویسندگان، اغلب با عنوان «دیدن ستاره ها» توصیف می شود.
جان ﭘﺰارﯾﺲ، رئیس آزمایشگاه پروتزهای بینایی در بیمارستان عمومی ماساچوست و استادیار جراحی مغز و اعصاب در دانشگاه هاروارد گفت: ستاره هایی که وقتی چشمان خود را می مالید، ظاهر و به عنوان فسفن های مکانیکی شناخته می شوند، اولین بار آلکمایون، فیلسوف و فیزیولوژیست یونان باستان، توصیف کرده است.
ﭘﺰارﯾﺲ معتقد است قرن ها بعد، در سال ۱۷۵۵، چارلز لو روی، پزشک فرانسوی، کشف کرد تحریک مغز با استفاده از الکتریسیته می تواند حتی در افراد نابینا فسفن های واضحی تولید کند. به گفته ی ﭘﺰارﯾﺲ، در دهه ی ۱۹۶۰، دانشمندان کار با ایده ی پروتزهای بینایی را شروع کردند. آن ها الکترودها را در قشر بینایی کاشتند. قشر بینایی منطقه ای از مغز است که اطلاعات ورودی از چشم را پردازش می کند. هدف این دانشمندان تولید فسفن ها و قراردادن آن ها درکنارهم به شکل اشکالی منسجم بود. دانشمندان چنین فرض می کردند اگر آن ها چندین نقطه از قشر را تحریک کنند، چندین فسفن ظاهر خواهد شد و به طور خودکار مانند پیکسل های جداگانه روی صفحه ی کامپیوتر باهم ترکیب می شوند. ﺑﻮﺷﺎﻣﭗ و یوشور گفتند:
مغز درمقایسه با صفحه نمایش کامپیوتر بسیار پیچیده تر است و به دلایلی که هنوز آن ها را کاملا درک نمی کنیم، درواقع تولید اشکال تشخیص پذیر از ترکیبات فسفن ها بسیار دشوار است.
نویسندگان در مطالعه ی خود به همان مانع برخورد کردند؛ اما راهی برای دور زدن آن پیدا کردند.
نقاشی روی مغز
پژوهشگران مجموعه ای از الکترودها را روی قشر بینایی پنج شرکت کننده قرار دادند که سه نفر بینا و دو نفر نابینا بودند. به طور خاص، الکترودها روی منطقه ای از مغز قرار داده شدند که به V1 معروف است و در آن، اطلاعات از شبکیه ها برای پردازش اولیه هدایت می شود.
افراد بینای شرکت کننده در آزمایش، قبلا به عنوان بخشی از درمان صرع عمل جراحی و الکترودهایی در مغز آن ها کاشته شده بود. این الکترودها به منظور نظارت بر فعالیت تشنج مغز آن ها طراحی شده بود. افراد نابینا در مطالعه ی جداگانه ای شرکت کرده بودند که پروتزهای بینایی را بررسی کرده بود و در آن زمان، الکترودهای کاشته شده ای در مغز خود داشتند.
منطقه ی V1 همچون نقشه ای کار می کند که در آن، مناطق مختلف نقشه به مناطق مختلف میدان بینایی ما مانند «بالا سمت راست» یا «پایین سمت چپ» مطابقت دارد. نویسندگان دریافتند اگر آن ها هربار یک الکترود را فعال کنند، شرکت کنندگان با اطمینان یک فسفن را می بینند که در منطقه ی پیش بینی شده ی آن ظاهر می شود. با این حال، اگر چندین الکترود به طور هم زمان روشن می شد، فسفن های انفرادی ظاهر می شدند؛ اما به صورت اشکال منسجم گرد هم نمی آمدند. بنابراین، آن ها استراتژی متفاوتی امتحان کردند. این پژوهشگران چنین فرض کردند با حرکت سریع جریان الکتریکی روی چندین الکترود می توانند الگوها را روی سطح مغز دنبال و اشکال تشخیص پذیر تولید کنند. نویسندگان می گویند مغز به طور منحصر به فرد برای تشخیص تغییرات محیط پیرامون ما تنظیم شده است؛ بنابراین، چنین استدلال کردند این ارگان باید الگویی از فسفن ها را دنبال کند که یکی پس از دیگری نشان داده می شوند. پیتر روﻟﻔﺴﻤﺎ، مدیر مؤسسه ی علوم اعصاب هلند ، در ایمیلی به لایوساینس گفت: ایمپلنت های حلزون گوش از استراتژی مشابهی برای ایجاد لحن های شنیداری متفاوت استفاده می کنند. فرض کنید الکترود ۱ ارتفاع صوت بلندتر و الکترود ۲ ارتفاع صوت پایین تری می دهد. با هدایت جریان الکتریکی از هر دو الکترود، می توانید ارتفاع صوت حد واسط بین دو الکترود ۱ و ۲ را به دست آورید.
نویسندگان این مطالعه دریافتند آن ها می توانند کار مشابهی در زمینه ی بینایی انجام دهند. آن ها توانستند فسفن هایی را میان دو مکان دو الکترود جداگانه تولید کنند؛ بنابراین، نقاط بین آن ها را متصل کردند. نویسندگان با استفاده از این تکنیک اشکال حروفی مانند W و S و Z را روی سطح V1 دنبال کردند. شکل ها باید وارونه و رو به عقب کشیده می شدند؛ یعنی همان وضعیتی است که اطلاعات بینایی معمولا از چشمان ما به قشر بینایی می رسد. درپایان، شرکت کنندگان مطالعه توانستند این اشکال را ببیند و آن ها را به دقت روی صفحه ای لمسی بازآفرینی کنند. ﺑﻮﺷﺎﻣﭗ و یوشور گفتند:
وقتی شرکت کنندگان در مطالعه شروع به دیدن حروفی کردند که در چشمان ذهن آن ها شکل می گرفت، فکر می کنم حداقل به اندازه ی ما و شاید هم بیشتر هیجان زده بودند.
نگاه به آینده
روﻟﻔسﻤﺎ همراه با مقاله ی جدید یادداشتی در مجله ی Cell منتشر کرده و در آن نوشته است:
قبل از آنکه پژوهش بتواند در پروتزهای بینایی سودمند به کار گرفته شود، مشکلات متعددی وجود دارد که باید بر آن ها غلبه کرد. در آینده، احتمالا پروتزهای بینایی حاوی هزاران الکترود خواهند بود؛ درحالی که در این مطالعه، تنها ده ها الکترود استفاده شد. علاوه بر این، الکترودها ممکن است به گونه ای طراحی شوند که به قشر مغز نفوذ کنند؛ به طوری که انتهای الکترودها به نورون هایی نزدیک تر باشد که چند صد میکرون پایین تر از قشر قرار دارند.
ﭘﺰارﯾﺲ گفت الکترودهایی که به مغز نفوذ می کنند، فسفن های دقیق تر با میدان های الکتریکی ضعیف تر از چیزی تولید می کنند که درمورد الکترودهای قرارگرفته روی سطح مغز نیاز است. الکترودهای سطحی از میدان های الکتریکی قوی برای رسیدن به سلول های مغز در بافت استفاده می کنند که گاهی موجب تحریک هم زمان سلول های نزدیک یا سلول هایی می شود که با هم هم پوشانی دارند. روﻟﻔﺴﻤﺎ معتقد است برای اینکه پروتزهای بینایی نتیجه بخش باشد، باید الکترودهای جدیدی اختراع شوند که برای مدت طولانی با بافت مغز سازگار بماند. او می گوید: «الکترودهای فعلی که وارد مغز می شوند، موجب آسیب می شوند و طولانی مدت کار نمی کنند».
برای برخی بیماران الکترودهای سطحی بسته به خطرهای همراه با کاشت عمیق تر الکترودها در مغز ممکن است بهترین گزینه باشد. به گفته ی روﻟﻔﺴﻤﺎ، نابینایی علت های بسیار مختلفی دارد و ممکن است برخی بیماران از الکترودهای کاشته شده در عمق مغز و برخی دیگر از الکترودهای سطحی و گروهی دیگر از پروتزهای کاشته شده درون شبکیه ی چشم ازطریق جراحی بیشترین سود را ببرند. ﺑﻮﺷـﺎﻣﭗ و یوشور گفتند: «مهم تر از همه، برای اینکه وسایل پروتز بینایی واقعا برای افراد نابینا مفید باشند، باید کیفیت زندگی را بهبود بخشند». این بدان معنا است که فراتر از بهینه سازی الکترودهای فیزیکی و نحوه ی عمل آن ها، دانشمندان باید نرم افزار مطمئنی طراحی کنند که به فیلترکردن و پردازش اطلاعات بینایی برای کاربر کمک کند. پس از مونتاژ، سیستم کامل باید به اندازه ی کافی مفید باشد که مردم واقعا از آن استفاده کنند. ﭘﺰارﯾﺲ درباره ی پروتزهای بینایی گفت: اساسا یکی از نکاتی که باید مدنظر قرار دهیم، آن است که نابینایی وضعیت تهدیدکننده ی زندگی نیست؛ بنابراین، خطر های همراه با آن دربرابر مزیت های کافی آن باید به توازن برسد.
منبع: زومیت.