دستگاه تحریک مغز به میمون‌ها اجازه می‌دهد بدون استفاده از چشم ببینند

 در نتیجه‌ی کار تیمی پژوهشی، دو میمون بدون برخورد نور به شبکیه‌ی چشمشان، توانستند اشکال حروف تولید‌شده‌ی آرایه‌هایی از الکترودهای کاشته‌شده در قشر بینایی خود را ببینند و تشخیص دهند. این بیشترین وضوح به‌دست‌آمده با کاشت الکترود در مغز است که وضوحی بیشتر از تصاویر ساخته‌شده از‌طریق شبکیه‌ی چشم را دارد. پیتر رولفسما، از پژوهشگران این مطالعه و عضو مؤسسه‌ی علوم اعصاب هلند، در‌این‌باره می‌گوید این دستاورد واقعا خبر خوشحال‌کننده‌ای است و تیم او قصد دارد بینایی را به برخی از افرادی بازگرداند که بینایی خود را از دست داده‌اند.

بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی در سراسر جهان می‌کوشند بینایی افراد نابینا را با ارسال سیگنال‌هایی از دوربین نصب‌شده روی سر آن‌ها و با استفاده از مجموعه‌ای از الکترودها بازیابی کنند که سلول‌های عصبی مناسب را تحریک می‌کنند. در‌حال‌حاضر، آزمایش‌های زیادی برای این افراد انجام شده است. به‌عنوان مثال، یک دستگاه ۶۰ الکترودی به‌نام «آرگوس ۲» (Argus II) که به‌عنوان شبکیه‌ی مصنوعی عمل می‌کند و می‌تواند درصدی از بینایی افراد نابینا را بازیابی ‌کند. این دستگاه برای استفاده در ایالات متحده در سال ۲۰۱۳ تأیید شد.

بیشتر الکترودهای قابل‌کاشت یا ایمپلنت‌ها، از‌جمله آرگوس ۲ برای قرار‌گرفتن در شبکیه‌ی چشم طراحی شده‌اند؛ اما این روش به‌عنوان مثال برای افرادی کارایی نخواهد داشت که عصب بینایی‌شان آسیب دیده است. بنابراین، برخی از گروه‌های پژوهشی مانند تیم رولفسما تحقیقات خود را روی قشر بینایی متمرکز کرده‌اند.

قشر بینایی کمی ‌شبیه صفحه‌ی سینما در ذهن ما است. هر ناحیه روی سطح قشر بینایی بخشی از نقشه میدان بینایی را ترسیم می‌کنند، بنابراین، فعال‌کردن الگوی شکل A با الکترودهای قرار‌داده‌شده روی قشر بینایی در اصل باعث می‌شود که افراد الگوی نقطه‌ای به‌صورت A را ببینند. بااین‌حال، اگر الکترودها به‌سادگی در سطح قشر بینایی قرار بگیرند، برای تحریک اعصاب زیرین قشر جریان نسبتا شدیدی لازم و ایجاد درک بیش از دو نقطه سخت است.

در مطالعه‌ی جدید، رولفسما و همکارانش از آرایه‌هایی با الکترودهای سیلیکونی سوزنی‌مانند به طول ۱٫۵ میلی‌متر استفاده کرده‌اند. این الکترودها به داخل قشر بینایی رانده می‌شوند تا درنتیجه، ارتباط بهتری با سلول‌های عصبی برقرار کنند‌. این تیم پژوهشی ۱۶ آرایه را که هر‌کدام ۶۴ الکترود دارند، در سراسر قشر بینایی دو میمون ماکاک از نژاد رزوس جای‌گذاری کردند و درمجموع، ۱۰۲۴ الکترود در قشر بینایی هر میمون قرار دادند.

این میمون‌ها قبلا آموزش‌ دیده بودند که ۱۶ شکل از حروف را به‌وسیله‌ی نقاط روی صفحه‌ی کامپیوتر تشخیص ‌دهند و در پاسخ به هریک از آن‌ها، چشمان خود را به روش‌های خاصی حرکت می‌دادند و پاداش دریافت می‌کردند. در این مطالعه، میمون‌‌ها به همان روش به شکل حروف ایجادشده‌ی الکترودها پاسخ دادند.

رولفسما در بیانیه‌ای گفت:

تعداد الکترودهایی که در قشر بینایی قرار داده‌ایم و تعداد پیکسل‌های مصنوعی که می‌توانیم برای تولید تصاویر مصنوعی با وضوح چشمگیر تولید کنیم، بی‌سابقه است.

جان پزاریس، محقق دانشکده‌ی پزشکی ‌هاروارد، درباره‌ی نتایج مطالعه اخیر می‌گوید:

این کار گامی رو‌به‌جلو در افزایش تعداد الکترودهای قشر بینایی است؛ اما مشکل چگونگی دستیابی به میدان بینایی مرکزی در مغز انسان را حل نمی‌کند.

رولفسما امیدوار است که با استفاده از الکترودهای بسیار نازک و انعطاف‌پذیر و قرار‌دادن آن‌ها با استفاده از میله‌هایی که پس از جای‌گذاری الکترودها خارج می‌شوند، این مشکلات حل شود. در این حالت، الکترودها می‌توانند عمیق‌تر در مغز وارد شوند و مدت بیشتری فعال باقی بمانند.

رولفسما می‌گوید:

هدف ما این است که دستگاهی با ثبات و داوم بیشتر از الکترودهای قبلی تولید کنیم که طول عمر بسیار بیشتری داشته باشد و مدت بیشتری فعال بماند.

زینگ چن، محقق فوق‌دکتری و عضو تیم پژوهشی، در بیانیه‌ای توضیح داد:

ایمپلنت ما مستقیما با مغز ارتباط برقرار می‌کند و مراحل قبلی پردازش بینایی را از‌طریق چشم یا عصب بینایی دور می‌زند. از‌این‌رو، در آینده می‌توان از این فناوری برای ترمیم کم‌بینایی در افرادی استفاده کرد که دچار آسیب یا تحلیل شبکیه‌ی چشم یا عصب بینایی شده‌اند؛ اما قشر بینایی آن‌ها آسیب ندیده است.

درحالی‌که آرایه‌ها تعداد چشمگیری از نقاط یا پیکسل‌های جداگانه را دارند، بینایی حاصل از آن‌ها با آنچه چشم انسان می‌تواند تولید کند، هنوز فاصله‌ی زیادی دارد. حتی اگر این رویکرد موفقیت‌آمیز باشد، دستگاهی با ۱،۰۰۰ الکترود با وضوح دید انسان مطابقت ندارد؛ زیرا وضوح چشم‌های ما معادل یک‌میلیون پیکسل است. همچنین، با این فناوری نمی‌توان رنگ یا عمق بینایی را کنترل کرد.