برای اولین بار، رابط کامپیوتری مغز به مرد فلج کمک کرد تا دوباره حس داشته باشد

به گزارش بولتن نیوز، این چیزی است که  Nathan Copeland  ،۲۸ ساله بعد از اینکه عمل جراحی مغز انجام شدو به  رابط کامپیوتری مغزی   (BCI) متصل شد، تجربه کرد. این روش توسط  محققان در دانشگاه پیتزبورگ و UPMC گسترش یافت.

در یک مطالعه منتشرشده در Science Translational Medicine یک تیم از کارشناسان به رهبری دکتر  Robert Gaunt ، استادیار طب فیزیکی و توانبخشی در پیت برای اولین بار نشان داد که حتی  در انسان­ها یک تکنولوژی وجود دارد که  اجازه می دهد تا آقای کاپلند حس  تماس رااز طریق یک بازوی روباتیک که با مغزش کنترل می شود، تجربه کند.

Andrew B. Schwartz استاد برجسته بیولوژی اعصاب در سیستم اعصاب، مدرسه پزشکی پیت و یک عضو از دانشگاه موسسه مغز پیتسبورگ گفت: "مهمترین نتیجه این مطالعه این است که تحریکات کوچک قشر حسی می­توانداحساس طبیعی بجای سوزن سوزن شدن را برانگیزد. این تحریک بی خطر است واحساس برانگیخته شده  در طول ماهها ثابت می­ماند.  هنوزهم بسیاری از تحقیقات وجود دارد که باید انجام شود تا  درک بهتری ازالگوهای تحریک مورد نیاز برای کمک به بیماران برای انجام بهتر حرکات حاصل شود.”

این اولین تلاش تیم پیت UPMC در یک BCI است.  چهار سال پیش، مطالعه Jennifer Collinger  استادیار، گروه  طب فیزیکی و توانبخشی پیت  و محقق سیستم بهداشت و درمان VA پیتسبورگ واین  تیم نشان داد که  BCI به  ژان شوئرمن، که دارای کوادری پلژی ناشی از یک بیماری دژنراتیو بود کمک کرد.  ویدئویی از شوئرمن که با استفاده از بازوی روباتیک کنترل شده با مغزش درحال شکلات خوردن بود،  در سراسر جهان پخش شد. قبل از آن، Tim Hemmes  دریک تصادف موتور سیکلت همراه با نامزدش از ناحیه دستش  فلج شده بود .
اما راهی که دست های ما به طور طبیعی حرکت می کند و با محیط زیست اطراف ما  ارتباط برقرار می­کنند، درنتیجه تفکر و حرکت درست عضلات است. ما قادر به تمایز قایل شدن بین یک تکه از کیک و یک قوطی نوشابه از طریق لمس هستیم،  کیک را  آرامتراز قوطی برمیداریم. بازخورد ثابتی که  ما از حس لامسه دریافت می­کنیم از اهمیت فوق العاده­ای برخوردار است به صورتی که  به مغز  می­گوید که آنرا کجا و چه مقدار جابجا کند.
کار Dr. Gaunt و بقیه تیم تحقیقاتی گام بعدی برای BCI بود.  همانگونه  که آنها  به دنبال کاندید درستی بودند، آنها سیستمی را توسعه دادند که داده های ورودی  بازوی روباتیک از طریق یک آرایه میکروالکترودها که در مغزقرار داده شده جایی که نورونها حرکت دست و لامسه را کنترل می­کنند، انتقال داده می­شود. آرایه میکروالکترود و سیستم کنترل آن  توسط بلکراک مایکروسیستمز توسعه داده شد، همراه با بازوی روباتیک، که توسط آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز ساخته شده بود،  تمام قطعات این پازل را کامل کرد.
در زمستان سال ۲۰۰۴، آقای کاپلند، که در پنسیلوانیای غربی زندگی می کند، در شب  در آب و هوای بارانی درحال رانندگی بود که تصادف کرد و گردن او زخمی شد و نخاعش آسیب دید. او با فلجی از قسمت بالای قفسه سینه به سمت پایین ماند که قادر به احساس یا حرکت دادن بازوها و پاهای خود نبود. نیاز داشت که برای انجام فعالیت های روزانه اش کسی به او کمک کند.  او ۱۸ ساله بود و در آغاز تحصیل در کالج در رشته نانو ساختارها به دنبال دوره علوم پیشرفته در دبیرستان بود.

او  برای ادامه تحصیل خود تلاش کرد، اما مشکلات  او را مجبورکرد تا  مدرک خود را به تعویق بیاندازد. او خود را با  رفتن به کنسرت و داوطلب شدن برای  انجمن فرهنگ ژاپنی پیتسبورگ ، یک سازمان غیرانتفاعی است که دارای قراردادهای برای انیمیشن  کارتون ژاپنی است، چیزی که  آقای کاپلند بعد از تصادف به آن علاقه مند شد، مشغول می­کند.

درست بعد از تصادف او خود را به عنوان  بیماران مایل به شرکت در کارآزمایی های بالینی پیت  ثبت نام کرد.  نزدیک به یک دهه بعد، این تیم تحقیقاتی پیت  از او پرسید که آیا او علاقه مند به شرکت در مطالعه تجربی هست؟

پس از آن او  آزمون غربالگری  را گذراند . ناتان در بهار گذشته با صندلی چرخداربه اتاق عمل واردشد. در  مطالعه این محققان  و جراح مغز و اعصاب UPMC ، Elizabeth Tyler-Kabara  استادیار، گروه جراحی مغز و اعصاب، دانشکده پزشکی پیت ، چهار آرایه میکروالکترود کوچک هر کدام به اندازه نصف دکمه پیراهن در مغز ناتان کاشته  شد . قبل از عمل جراحی، تکنیک های تصویر برداری برای شناسایی مناطق دقیق مربوطه به احساسات در هر یک از انگشتان دست  و کف دست  در مغز آقای کاپلند مورد استفاده قرار گرفت.

آقای کاپلند حدود یک ماه بعد از عمل جراحی گفت "من می توانم  هر انگشتم را  احساس کنم – آن احساس واقعا عجیب و غریبی است،”گاهی اوقات  احساس الکتریکی و گاهی اوقات فشار است، اما در بیشتر قسمت ها، من می توانم انگشتان دست را با دقت مشخص کنم. این احساس مانند این است که  انگشتان من در حال  لمس کردن و یا تحت فشار قرار دادن هستند.”
در این زمان، آقای کاپلند می تواند فشار را احساس کند  و  شدت آن را  تا حدی تشخیص دهد، هر چند او نمی تواند تشخیص  دهد که آیا یک ماده گرم و یا سرد است.

Michael Boninger، استاد طب فیزیکی و توانبخشی در پیت، و مدیر ارشد مراقبت پزشکی بخش خدمات بهداشتی درمانی UPMC، تعریف کرد که چگونه تیم پیت نقطه عطفی پس از نقطه عطف دیگر به دست آورد.از یک درک اساسی از چگونگی پردازش سیگنالهای حسی و حرکتی در مغز تا بکارگرفتن آن در بیماران.

Dr. Boninger گفت:  "به آرامی اما مطمئن، ما در حال حرکت ازاین تحقیق به سمت جلو هستیم. چهار سال پیش ما کنترل حرکت را  نشان دادیم. در حال حاضر Dr. Gaunt و تیم خود آن چیزی که ما در آزمایش با تیم و جان به دست آورده ایم را گرفته – و  قدردانی عمیقی از آنها دارند- و به ما از طریق کار ناتان نشان داد که چگونه  بازوی روباتیک اجازه می دهد کاربرتوانایی احساس داشته باشد.

Dr. Gaunt  توضیح داد :” که همه چیز در مورد این  کار به معنای استفاده از توانایی­های موجود و طبیعی مغز برای برگرداندن  آنچه از دست رفته ولی فراموش نشده است، می باشد.هدف نهایی  ایجاد یک سیستم است  که  درست مانند یک بازوی طبیعی حرکت می کند و احساس دارد. ما یک راه طولانی برای رفتن و رسیدن به آنجا داریم ، اما این یک شروع عالی است. "