تلاش برای ساخت کپی دیجیتال از مغز انسان

جفت‌های دیجیتال (بازنمایی دیجیتال از پدیده‌های دنیای واقعی) در حال حاضر یکی از پایه‌های اصلی در عرصه‌هایی همچون ساخت‌وتولید، صنعت و هوافضا هستند: نمونه‌های مشابه دیجیتالی شهرها، بنادر و نیروگاه‌های دنیا هم‌اکنون وجود دارند. اصطلاح جفت دیجیتالی یا digital twin اولین بار در سال ۲۰۱۰ توسط جان ویکرز محقق ناسا در گزارشی پیرامون نقشه‌ راه فناوری این آژانس فضایی به کار رفت. تحلیلگران صنعتی تخمین می‌زنند که ارزش کلی بازار جفت‌های دیجیتال تا سال ۲۰۲۶ به ۵۰ میلیارد دلار برسد.

پس از سال ۲۰۱۰ و ایده‌ ویکرز، طولی نکشید که جفت‌های دیجیتال وارد دنیای زیست‌شناسی هم شدند. در سال ۲۰۱۶، بیل رو، مدیرعامل وقت GE Digital، چنین پیش‌بینی کرد:

ما در بدو تولدمان، یک جفت‌ (همزاد) دیجیتال خواهیم داشت و این همزاد، داده‌های مختلفی را ازطریق حسگرهایی که در بدنمان در حال کار هستند برگرفته و پیش‌بینی‌هایی درمورد بیماری‌ها، سرطان و سایر موارد برای ما انجام خواهد داد.

یک جفت‌ دیجیتالی می‌تواند درمان‌های مناسبی را پیش روی بیمار بگذارد و چگونگی پیشرفت بیماری در بدن او را هم پیش‌بینی کند. حتی می‌توان از این جفت برای آزمایش درمان‌های بالقوه، به‌جای آزمایش درمان‌ها روی خود بیمار استفاده کرد. می‌دانیم که آزمایش درمان‌های مختلف روی بیمار فرآیندی است که همواره می‌تواند پر از خطرهای مختلف باشد.

تاکنون این پروژه‌ها به‌طور عمده در مراحل اولیه‌ خود بوده‌اند. یک برنامه‌ تحقیقاتی به نام Echoes که شامل محققانی از اروپا، بریتانیا و ایالات متحده است، در حال کار روی پروژه‌ ساخت قلب دیجیتال هستند. زیمنس هلثینرز (Siemens Healthineers)، یک شرکت آلمانی فعال در زمینه‌ تجهیزات پزشکی نیز قصد انجام همین کار را دارد. داسو سیستمز، یک شرکت نرم‌افزاری فرانسوی (شرکت سازنده‌ نرم‌افزار مهندسی معروف کتیا) در پی گرفتن تأیید از سازمان غذا و داروی ایالات متحده FDA برای چیزی است که از آن به‌عنوان «قلب زنده» یاد می‌کند.

اکنون پژوهشگران به‌دنبال عالی‌ترین هدفی هستند که احتمالاً در این مسیر وجود داشته باشد: ایجاد یک جفت دیجیتال از مغز انسان. نوروتوئین (Neurotwin)، پروژه‌ای با تأمین مالی از سوی اتحادیه‌ اروپا است و دست‌اندرکاران آن می‌خواهند مدلی کامپیوتری از کل مغز یک بیمار طراحی کنند.

دست‌اندرکاران پروژه‌ نوروتوئین امیدوار هستند که مدل دیجیتالی مد نظرشان از مغز انسان، بتواند در پیش‌بینی اثرات تحریک برای درمان اختلالات عصبی، از جمله صرع و بیماری آلزایمر، استفاده شود. آن‌ها در حال برنامه‌ریزی یک کارآزمایی بالینی هستند که سال آینده آغاز خواهد شد. طی این کارآزمایی بالینی، جفت‌های دیجیتالی از حدود ۶۰ بیمار مبتلا به آلزایمر ایجاد می‌شود و هر بیمار تحت درمان تحریک مغزی را دریافت می‌کند که به‌طور خاص برای مغز او بهینه شده است. در دومین کارآزمایی بالینی نیز که برای سال ۲۰۲۳ برنامه‌ریزی شده، قصد پژوهشگران همین است؛ اما این بار هدف آن‌ها بیماران مبتلا به صرع کانونی مقاوم به درمان خواهد بود. هر دوی این کارآزمایی‌ها به‌عنوان اثبات‌های مفهومی برای تعیین مؤثر بودن یا نبودن رویکرد اخیر و امکان تقویت نتایج درمان برای این بیماران به‌شمار می‌روند. این تیم قصد دارد در صورت موفقیت، فناوری خودشان را برای مطالعه‌ سایر بخش‌های مغز انسان، از جمله بخش‌های درگیر و مرتبط با بیماری MS، فرایدهای توانبخشی سکته‌ی مغزی، افسردگی و اثرات مخرب داروهای روان‌گردان‌، گسترش دهند.

جولیو روفینی، هماهنگ‌کننده پروژه نوروتوئین و مدیر علمی ارشد و یکی از بنیان‌گذاران استارتاپ فناوری سلامت اسپانیایی نورو الکتریکس که مشغول توسعه‌ درمان‌های غیرتهاجمی برای اختلالات عصبی همانند صرع هستند، اعتقاد دارد که آواتار دیجیتال اساساً مدلی ریاضی است که روی کامپیوتر اجرا می‌شود. تیم نوروتوئین به‌منظور ساختن جفت دیجیتال برای یک بیمار مبتلا به صرع، از داده‌های به‌دست‌آمده از حدود نیم ساعت MRI و ۱۰ دقیقه EEG (الکتروانسفالوگرافی) استفاده کرده و در ادامه از آن‌ها برای ایجاد یک مدل کامپیوتری ثبت‌کننده‌ فعالیت الکتریکی مغز و همچنین شبیه‌سازی واقعی بافت‌های اصلی مغز از جمله پوست سر، جمجمه، مایع مغزی نخاعی و ماده‌ خاکستری و سفید بهره می‌برد.

رافینی می‌گوید این جفت‌ شامل شبکه‌ای از مدل‌های توده‌ عصبی تعبیه‌شده خواهد بود. به‌گفته‌ی وی، اینها اساساً مدل‌های محاسباتی رفتار میانگین بسیاری از نورون‌هایی هستند که با استفاده از چیزی که رافینی از آن با تعبیر کانکتوم بیمار یاد می‌کند، به یکدیگر متصل شده‌اند. کانکتوم درواقع نقشه‌ای از ارتباطات عصبی در مغز است. در مورد صرع، ممکن است برخی از نواحی اتصال، بیش از حد برانگیخته شوند. یا برای مثال درمورد سکته‌ مغزی، کانکتوم‌ها ممکن است بعد از سکته دستخوش تغییر شوند. به‌باور روفینی پس از ساخته شدن یک جفت یا کپی مناسب از مغز انسان، تیم پژوهشی می‌تواند از آن برای بهینه‌سازی تحریک مغز واقعی بیمار استفاده کند:

زیرا می‌توانیم شبیه‌سازی‌های بی‌پایانی را روی کامپیوتر اجرا کنیم تا درنهایت به آنچه که نیاز داریم دست پیدا کنیم. از این نظر، سیستم ما شبیه یک مدل محاسباتی پیش‌بینی آب‌و‌هوا است.

به‌عنوان نمونه، در مسیر تقویت فرایند درمان برای یک بیمار صرعی، فرد هر روز به مدت ۲۰ دقیقه از یک کلاه مخصوص استفاده می‌کند و این کلاه پوششی ویژه، تحریکات الکتریکی بین جمجمه‌ای را به مغز می‌رساند. روفینی و تیمش توانستند با استفاده از جفت‌ دیجیتال، موقعیت الکترودهای تحریک‌کننده و همچنین سطح جریان اعمال شده را بهینه کنند.

ایجاد جفت‌ دیجیتالی برای هر ارگانی مجموعه‌ای از سؤالات اخلاقی را پیش روی بشر می‌گذارد. به‌عنوان مثال، آیا بیمار حق دانستن همه‌ی جزییات یا پیش‌‌بینی‌ها را دارد یا خیر؟ اگر برای مثال، جفت‌های دیجیتالی ارگان‌های بدن او پیش‌بینی کنند که فرد در دو هفته‌ی آینده دچار حمله‌ی قلبی خواهد شد چه؟ یا اینکه بعد از مرگ بیمار چه اتفاقی برای جفت‌ دیجیتالی می‌افتد؟ آیا جفت دیجیتالی ایجادشده، حقوق قانونی یا اخلاقی خود را خواهد داشت؟

ماتیاس براون، متخصص اخلاق در دانشگاه ارلانگن-نورنبرگ آلمان، که درمورد اخلاقیات مربوط به استفاده از جفت‌های دیجیتال در حوزه‌ مراقبت‌های بهداشتی نوشته است، معتقد است:

... از یک طرف، جفت دیجیتالی از بدن انسان، مسیرهای هیجان‌انگیز و انقلابی را برای توسعه‌ی درمان‌های جدید به ما ارائه می‌دهد؛ اما، از سوی دیگر، چالش هایی را برای ما ایجاد می‌کند. به‌عنوان یک مورد می‌توان به این پرسش اشاره کرد که چه کسی باید مالکیت جفت‌ دیجیتال را داشته باشد؟ شرکت سازنده‌ی آن؟... یا حق دارید بگویید که من می‌خواهم از کاربرد اطلاعاتی خاص یا پیش‌بینی‌هایی خاص به‌خاطر مسائل مربوط به بیمه‌ درمانی‌ام یا مسائل مربوط به زمینه‌های دیگر خودداری کنم؟ برای اینکه نقضی در استقلال یا حریم خصوصی فرد رخ ندهد، مهم است که آن فرد، کنترل استفاده از [جفت‌های دیجیتالی خود] را داشته باشد.

از دست دادن این کنترل منجر به چیزی می‌شود که براون از آن با تعبیر بردگی دیجیتال یاد می‌کند.

به‌گفته‌ی آنا مایکز، مدیر عامل شرکت نورو الکتریکس، این شرکت در حال حاضر مشغول دست‌وپنجه نرم کردن با این موضوع است که چه اتفاقی برای داده‌های بسیار خصوصی خواهد افتاد. مایکز می‌گوید:

وقتی این نوع شخصی‌سازی‌ها را انجام می‌دهید، باید سؤالات سختی بپرسید، درست است؟ چه کسی قرار است صاحب آن داده‌ها باشد؟ با آن داده‌ها چه کار خواهیم کرد؟

این پروژه از محققانی برای تشریح مولفه‌های اخلاقی و فلسفی این فرایند بهره می‌برد؛ از جمله مانوئل گوئررو، متخصص اخلاق اعصاب در دانشگاه اوپسالا سوئد. برای نوروتوئین که پروژه ای خارج از اروپا محسوب می‌شود، داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط مقررات حفاظت از داده‌های عمومی اتحادیه‌ اروپا (GDPR) محافظت خواهند شد. به‌گفته‌ی گوئررو اعمال این مقررات بدان معنا است که هرگونه استفاده از داده‌ها مستلزم رضایت مالک آن است.

[مغز] بسیار پیچیده‌تر از انواع دیگر جفت‌هایی است که از سیستم تولید می‌آیند، بنابراین مفهوم جفت‌ برای مغز در جامعه‌ عصب‌شناسی مورد بحث است.

چیره شدن بر چالش‌های مغز هم از سویی بسیار پیچیده‌تر از مدل‌سازی قلب یا کلیه است؛ نیازی به گفتن نیست که چالش‌های بالقوه‌ مغز از نظر اخلاقی هم پیچیده‌تر است. روفینی اظهار می‌کند:

ما در حال ایجاد مدل‌های محاسباتی نسبتاً پیچیده‌ای از مغز هستیم. فکر می‌کنم در مرحله‌ای از کار، این ابهام پیش خواهد آمد که نمونه‌ ساخته‌شده آیا صرفاً یک جفت‌ دیجیتال است یا موجودی دارای احساس؟

به‌باور براون وقت آن رسیده است که به این سؤالات دشوار فکر کنیم. او می‌گوید:

از نظر من اینها چالش‌های واقعاً مهمی هستند که اکنون باید با آن‌ها رو‌به‌رو شویم.

او درمورد خطر موکول کردن پاسخ پرسش‌های موجود پیرامون پیامدهای اخلاقی به آینده هشدار می‌دهد و می‌افزاید:

ما به‌خوبی می‌دانیم که وقتی افراد بگویند «فعلا فناوری را توسعه دهیم و در ادامه خواهیم دید چه رخ می‌دهد» چه می‌شود.

بااین‌حال تیم نوروتوئین بر این باورند که اگر پروژه به‌درستی انجام شود، جفت دیجیتالی می‌تواند به‌طور چشمگیری هم به نتایج درمان بیمار و هم به افزایش دانش بشر در مورد اختلالات مغزی کمک کند. مایکز می‌گوید:

در تلاش هستیم تا واقعاً به افرادی که از بیماری‌های مغزی رنج می‌برند از دیدگاهی کاملاً متفاوت کمک کنیم. ما دوست داریم روش خود را در دسته‌بندی جدیدی از درمان‌ها قرار دهیم؛ جایی که بشر واقعاً از قدرت فیزیک و ریاضی برای رمزگشایی مغز استفاده می‌کند.