کاشت ایمپلنت مغزی زیر پوست بدون نیاز به جراحی مغز

  الکس اسمیت ۱۱ ساله بود که در سال ۲۰۰۳ دست راست خود را از دست داد. یک سال بعد، او یک بازوی میوالکتریک دریافت کرد که نوعی پروتز است که توسط سیگنال‌های الکتریکی در عضلات باقی‌ مانده اندام او کار می‌کرد. اما اسمیت به سختی از آن استفاده می‌کرد زیرا «بسیار بسیار کُند» بود و دامنه حرکات محدودی داشت. او می‌توانست دست را باز و بسته کند، اما کار دیگری انجام نمی‌داد. او در طول سال‌ها بازوهای رباتیک دیگری را امتحان کرد، اما آنها مشکلات مشابهی داشتند.

او می‌گوید: آنها فوق‌العاده کاربردی نیستند. تاخیر زیادی بین اجرای یک عملکرد و سپس انجام عملی پروتز وجود دارد. در زندگی روزمره‌ام، کشف راه‌های دیگر برای انجام کارها باعث افزایش سرعتم شد.

 به تازگی، او در حال آزمایش یک سیستم جدید توسط استارت‌آپ فانتوم نورو مستقر در آستین است که این پتانسیل را دارد که کنترل واقعی‌تری بر اندام‌های مصنوعی ارائه دهد. این شرکت در حال ساخت یک ایمپلنت ماهیچه‌ای نازک و منعطف است تا به افراد قطع عضو کمک کند فقط با فکر کردن در مورد حرکاتی که می‌خواهند انجام دهند، دامنه حرکتی گسترده‌تر و طبیعی‌تری را تجربه کنند.

کانر گلس(Connor Glass)، مدیرعامل و یکی از بنیان‌گذاران فانتوم نورو می‌گوید: مردم زیادی از اندام‌های رباتیک استفاده نمی‌کنند، و این تا حد زیادی به دلیل وحشتناک بودن سیستم کنترل آن است.

۱۰ شرکت‌کننده در مطالعه‌ای که توسط فانتوم انجام شد، از یک نسخه پوشیدنی از حسگرهای این شرکت برای کنترل یک بازوی رباتیک موجود در بازار استفاده کردند و به میانگین دقت ۹۳.۸ درصدی در ۱۱ حرکت دست و مچ دست یافتند. اسمیت یکی از شرکت کنندگان بود. موفقیت این مطالعه راه را برای آزمایش حسگرهای قابل کاشت فانتوم در آینده هموار می‌کند.

پروتزهای میوالکتریک فعلی، مانند آنچه اسمیت امتحان کرده است، تکانه‌های الکتریکی را از الکترودهای سطحی که بر روی بخش قطع شده قرار می‌گیرند، می‌خوانند. بیشتر پروتزهای رباتیک دارای دو الکترود یا کانال ضبط هستند. وقتی فردی دست خود را خم می‌کند، عضلات بازوی او منقبض می‌شوند. این انقباضات عضلانی هنوز در افراد قطع عضو هنگام خم شدن رخ می‌دهد. الکترودها سیگنال‌های الکتریکی را از این انقباضات دریافت می‌کنند، آنها را تفسیر و حرکات را در پروتز آغاز می‌کنند. اما الکترودهای سطحی همیشه سیگنال‌های پایدار را دریافت نمی‌کنند، زیرا می‌توانند بلغزند و حرکت کنند، که دقت آنها را در یک محیط واقعی کاهش می‌دهد.

دستگاه‌های موجود نیز دارای طیف محدودی از قرارگیری‌ها هستند و برای کنترل آنها، پوشندگان پروتز باید حرکاتی را انجام دهند که معمولا با نحوه قرارگیری که می‌خواهند ارتباطی ندارد. برای مثال، ممکن است مجبور شوند مچ دست خود را به سمت پایین خم کنند تا یک حرکت نیشگون گرفتن را انجام دهند. پروتز فعلی الکس توانایی انجام حدود ۲۰ حرکت را دارد، اما او فقط می‌تواند چهار مورد از آنها را در یک زمان روی دستگاه برنامه‌ریزی کند. او باید بین آن عملکردهای مختلف دست به صورت متوالی تغییر حالت دهد که به معنای حرکت از حالت A به حالت B و غیره است. به عبارت دیگر، او نمی‌تواند از حالت A به حالت D بپرد.

فانتوم قصد دارد مستقیما با ماهیچه‌ها ارتباط برقرار کند تا کنترل طبیعی بیشتری را به کاربران بدهد، اما این شرکت مجبور شد یک نسخه پوشیدنی از حسگر عضلانی خود را قبل از کاشت دستگاه در داوطلبان آزمایش کند. در حالی که نسخه پوشیدنی عملکرد خوبی داشت، گلس می‌گوید برای استفاده روزمره ایده آل نیست. مانند پروتزهای موجود، می‌تواند بلغزد و حرکت کند که بر دقت آن تأثیر می‌گذارد. به همین دلیل، ابزارهای پوشیدنی باید اغلب کالیبره شوند. او می‌گوید که ایمپلنت قابل اعتمادتر خواهد بود و ممکن است بتواند به دقت بالاتری دست یابد زیرا نیازی به خواندن سیگنال‌های الکتریکی از طریق پوست ندارد. گلس تصور می‌کند که نسخه قابل کاشت از طریق یک برش کوچک زیر پوست قرار می‌گیرد.

او توضیح می‌دهد: ما فعالیت الکتریکی را مستقیما از سطح عضله دریافت می‌کنیم. قصد حرکت از مغز منشا می‌گیرد، که تکانه‌های الکتریکی را از طریق اعصاب محیطی می‌فرستد تا به ماهیچه‌ها بگوید منقبض شوند. در افراد قطع عضو، آن مسیرهای عصبی هنوز دست نخورده باقی مانده‌اند.

اسمیت و سایر شرکت کنندگان در مطالعه یک جلسه آموزشی یک ساعته برای آشنایی با این فناوری داشتند و در روز دوم برای انجام آزمایش حضور پیدا کردند.

پس از ۱۰ دقیقه فرآیند کالیبراسیون در روز آزمایش، به شرکت‌کنندگان دستور داده شد که ۱۱ حرکت از جمله دست باز، مشت بستن، نیشگون گرفتن، شست بالا، اشاره، چرخاندن مچ به داخل و چرخاندن مچ به بیرون انجام دهند. هر بار چندین بار حرکات را انجام می‌دادند و همزمان نرم افزار فانتوم تبدیل سیگنال‌های عضلانی آنها را به آن حرکات واقعی یاد می‌گرفت و رمزگشایی می‌کرد. برای اسمیت، پروتز حرکاتی را انجام می‌داد که او به سادگی فقط به انجام دادن آنها فکر کرده بود. او می‌گوید: این جالب‌ترین تجربه بود.

شرکت کنندگان از دو حسگر نازک استفاده کردند که هر کدام دارای ۱۶ الکترود بود. دقت رمزگشایی حرکات از ۸۴.۸ درصد تا ۹۸.۴ درصد در شرکت‌کنندگان متغیر بود و تاخیر آن که مدت زمانی است که از تشخیص سیگنال تا اجرای حرکت طول می‌کشد، کمتر از ۲۰۰ میلی‌ثانیه ارزیابی شد. تاخیر طبیعی اندام‌های انسان، تقریبا ۱۰۰ میلی‌ثانیه است.

برخی از شرکت‌ها در حال ساخت ایمپلنت‌های مغزی هستند که به افراد فلج اجازه می‌دهد تا اندام‌های مصنوعی را با افکار خود کنترل کنند. این سیستم‌ها که به عنوان رابط‌های مغز و رایانه شناخته می‌شوند، سیگنال‌ها را در مغز می‌خوانند و رمزگشایی می‌کنند تا به پروتز اجازه دهند حرکت مورد نظر را انجام دهد. استارت‌آپ ایلان ماسک، به نام نورالینک ماه گذشته اعلام کرد که در حال راه اندازی یک مطالعه برای آزمایش اینکه آیا ایمپلنت مغزی آن می‌تواند به شرکت کنندگان اجازه دهد تا مستقیما یک بازوی رباتیک را کنترل کنند یا خیر، است.

جفری لینگ(Geoffrey Ling)، مشاور فنی فانتوم و مدیر موسس دفتر فناوری‌های بیولوژیکی در آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی ایالات متحده، می‌گوید که ایمپلنت‌های مغزی خطرات بیشتری را به همراه دارند و باید بسیار طولانی‌مدت باشند تا بیماران مجبور به انجام چندین جراحی‌ مغز نباشند. اعصاب محیطی رویکرد بسیار جذابی هستند، زیرا کمتر تهاجمی هستند. فانتوم معتقد است که ایمپلنت آن می‌تواند در طی یک عمل سرپایی بدون نیاز به جراح متخصص وارد بدن شود.

فانتوم قصد دارد در سال ۲۰۲۵ یک کارآزمایی بالینی را برای نسخه کاشته شده خود، که شامل افراد قطع عضو اندام فوقانی می‌شود، آغاز کند. اسمیت امیدوار است در این مطالعه مشارکت داشته باشد. اگر فناوری فانتوم وارد بازار شود، او می‌تواند ببیند که به افراد قطع عضوی مانند او کمک می‌شود تا بتوانند کارهای روزمره را راحت‌تر انجام دهند.