این ایمپلنت اپتوژنتیک بیسیم و کمتهاجمی توسط پژوهشگران دانشگاه نورثوسترن طراحی شده است، که بدون نیاز به جراحیهای سنگین جمجمه، قادر است نورونهای مغز را به صورت مستقیم تحریک کند. این دستگاه که «نورـکلید» نام گرفته است، میتواند سیگنالهای نوری را از طریق استخوان جمجمه به قشر مغز برساند و مسیرهای طبیعی حسی را دور بزند.
به گفته پژوهشگران، هرچند پروتزهای حسی رایج میتوانند بخشی از عملکرد از دسترفته را جبران کنند، اما قادر نیستند اطلاعات پیچیدهای مانند بافت، رطوبت و چگالی را بازسازی کنند که پوست انسان به طور طبیعی به مغز منتقل میکند. ایمپلنت جدید با هدف پر کردن همین خلأ طراحی شده است و تلاش میکند ارتباطی مستقیم میان مغز و سیگنالهای مصنوعی برقرار کند.
این ایمپلنت از نظر ابعاد بسیار کوچک است و اندازهای در حد یک کلید خانه دارد و ضخامت آن از یک سکه نیز کمتر است. پژوهشگران این دستگاه را به صورت نرم و انعطافپذیر طراحی کردهاند تا بتوان آن را به آسانی در زیر پوست سر و روی سطح جمجمه قرار داد. نور تولیدشده توسط این ایمپلنت بدون نیاز به باز کردن جمجمه، از استخوان عبور میکند و به نواحی هدف در قشر مغز میرسد.
جزئیات فنی بازیابی حسهای انسانی در مقالهای تشریح شده است که به زودی در نشریه علمی Nature Neuroscience منتشر میشود. نویسندگان این مقاله توضیح دادهاند که در آزمایشهای خود از مدلهای مغزی موش استفاده کردهاند و نورونهایی را با دقت بالا فعال کردهاند که به طور ژنتیکی با ژنهای حساس به نور اصلاح شده بودند.
نتایج آزمایشها نشان داده است که موشهایی که توانایی دیدن، شنیدن یا احساس کردن را نداشتند، پس از مدتی کوتاه یاد گرفتهاند سیگنالهای نوری ارسالشده به مغز را تفسیر کنند و بر اساس آنها وظایف مختلفی را انجام دهند. این یافته نشان میدهد که مغز قادر است حتی سیگنالهایی کاملاً جدید و غیرطبیعی را به عنوان اطلاعات معنادار یاد بگیرد و از آنها استفاده کند.
یوگنیا کوزورویتسکی، استاد نوروبیولوژی و رهبر این پروژه تحقیقاتی توضیح داده است که مغز انسان به طور پیوسته فعالیتهای الکتریکی را به تجربههای ذهنی تبدیل میکند. او تأکید کرده است که فناوری جدید امکان ورود مستقیم به این فرایند را فراهم میکند و به پژوهشگران اجازه میدهد بررسی کنند که مغز چگونه یاد میگیرد از سیگنالهای تازه برای ادراک جهان استفاده کند.
به گفته تیم پژوهشی، این فناوری هنوز برای استفاده انسانی تأیید نشده است، چرا که ایمپلنتهای اپتوژنتیک برای عملکرد خود به اصلاح ژنتیکی نورونها نیاز دارند. با وجود این، محققان معتقد هستند که این دستاورد میتواند در آینده مسیر توسعه ابزارهای درمانی پیشرفته را هموار کند و راهکارهای تازهای برای بازگرداندن حواس ازدسترفته پس از بیماری یا آسیب فراهم آورد.
نویسندگان این مقاله توضیح دادهاند که در آزمایشهای خود از مدلهای مغزی موش استفاده کردهاند و نورونهایی را با دقت بالا فعال کردهاند که به طور ژنتیکی با ژنهای حساس به نور اصلاح شده بودند. کاربردهای بالقوه این فناوری تنها به بازیابی حسهای انسانی محدود نمیشود. پژوهشگران بیان کردند که این ایمپلنت میتواند در توانبخشی بیماران مبتلا به آسیبهای شدید عصبی، بهویژه پس از سکته مغزی، نقش مهمی ایفا کند. همچنین امکان استفاده از این فناوری برای کنترل سایبرنتیکی اندامهای رباتیک مانند بازو، دست، پا و ساق مصنوعی نیز مطرح شده است.
یکی دیگر از کاربردهای مهم این ایمپلنت، کنترل و تعدیل درد مزمن است. به گفته محققان، نورـکلید میتواند بدون نیاز به داروهای سیستمیک، مواد افیونی و مسکنهای پرهزینه، سیگنالهای عصبی مرتبط با درد را تنظیم کند و خطر عوارض جانبی و اعتیاد را به حداقل برساند.
پژوهشگران در نسخه اولیه این پروژه، تنها از یک میکرو LED استفاده کرده بودند، اما در نسخه جدید، آرایهای شامل ۶۴ میکرو LED به کار رفته است. این ساختار امکان ایجاد الگوهای نوری بسیار متنوع را با تغییر فرکانس، شدت و توالی زمانی فراهم میکند و به مغز اجازه میدهد تجربهای مشابه فعالیت عصبی توزیعشده را دریافت کند.
جان ای. راجرز، مدیر مؤسسه بیوالکترونیک کوئری سیمپسون اعلام کرده است که توسعه این دستگاه نیازمند بازنگری اساسی در روشهای انتقال تحریک عصبی به مغز بوده است. او توضیح داده است که تیم تحقیقاتی با ترکیب یک آرایه نرم و منطبق از میکرو LEDها و یک ماژول کنترلی با تغذیه بیسیم، سامانهای ساختهاند که به طور کامل در زیر پوست قرار میگیرد و هیچ اثر قابل اندازهگیری بر رفتار طبیعی حیوانات ندارد.
به گفته راجرز، این طراحی گام مهمی در مسیر ساخت ابزارهایی است که بدون سیمهای مزاحم و سختافزارهای حجیم خارجی میتوانند با مغز ارتباط برقرار کنند. پژوهشگران معتقد هستند که چنین فناوریهایی نهتنها برای پیشرفت علوم اعصاب اهمیت دارند، بلکه میتوانند در آینده کیفیت زندگی میلیونها انسان را بهطور چشمگیری بهبود دهند.
