گفت‌وگو با دكتر سیلوسترو میچه‌را و دكتر پائولو ماریا روسینی درباره دستاوردهای فناوری اندام‌های مصنوعی رباتیك و پروتز عصبی‌حسی دست
جادوی لمس با دست رباتیک
پروتزهای عصبی، اندام‌هایی مصنوعی است كه قادر است جایگزین عملكردهای خاصی از اندام‌های طبیعی و دستگاه عصبی شود یا این عملكردها را بهبود بخشد. حوزه‌ای میان‌رشته‌ای متشكل از مهندسی زیست‌پزشكی، علوم رباتیك و علوم اعصاب (نوروساینس) به طراحی و توسعه چنین دستگاه‌هایی مشغول است. هرچند در حال حاضر رایج‌ترین و كاربردی‌ترین پروتز عصبی در جهان پروتزهای درون‌كاشت حلزون مصنوعی گوش یا گوش بیونیك است و تخمین زده می‌شود كه حدود صد هزار حلزون مصنوعی گوش در جهان استفاده شود، در سال‌های اخیر پژوهش‌های بسیاری درباره بازو و دست رباتیك با قابلیت لامسه درحال انجام است و بسیاری از این پژوهش‌ها در مرحله آزمایش‌های بالینی با مشاركت داوطلبانه افرادی است كه دچار نقص عضو در ناحیه دست و بازو شده‌اند. یكی از این مطالعات، پژوهش گروهی متشكل از دانشمندان سوئیسی و ایتالیایی در حوزه علوم اعصاب و رباتیك است كه نتایج پژوهش‌های‌شان را در سال‌های اخیر در نشریات تخصصی معتبری نظیر ساینس و ژورنال عصب‌شناسی، جراحی مغز و اعصاب و روانپزشكی (JNNP) منتشر كرده‌اند. جام‌جم در این گزارش كه حاصل گفت‌وگو با دو پژوهشگر این گروه مطالعاتی است، آینده این تحقیقات و تاثیر آن بر بهبود كیفیت زندگی افرادی كه دچار قطع دست شده‌اند را بررسی می‌كند.
سال 1381شمسی /2002 میلادی برای اولین‌بار یك دانشمند انگلیسی به نام كوین وارویك از یك درون‌كاشت (ایمپلنت) برای فرماندهی یك بازوی رباتیك از طریق رشته‌های عصب میانی استفاده كرد. این بازوی رباتیك قادر بود عملكردهای بازوی خود وارویك را شبیه‌سازی كند و می‌توانست از طریق همان درون‌كاشت حس لامسه را ایجاد كند.
بیش‌از یك دهه پس از آزمایش وارویك، پژوهش درباره این فناوری میان‌رشته‌ای قوت گرفت و بسیاری از محققان رباتیك و عصب‌شناسان، تحقیق روی نمونه‌های مختلفی از این ابزار را آغاز كردند.
حتی محققان ایرانی هم از این قافله عقب نماندند و گزارشی كه 25 تیر 99 در صفحه دانش جام‌جم منتشر شد، از تلاش گروهی از پژوهشگران به سرپرستی سعید بهرامی‌مقدم، دانشجوی دكتری بیومكاترونیك دانشگاه چینخوای چین درخصوص توسعه پروتز حسی دست خبر داد. این محقق ایرانی به همراه پنج دانش‌آموخته دیگر در حوزه مكاترونیك، شركت دانش‌بنیانی را برای تولید این نوع از پروتزهای رباتیك در شهر مشهد راه‌اندازی كرده‌اند.
دست رباتیك چگونه كار می‌كند؟
دكتر سیلوسترو میچه‌را(Dr. Silvestro Micera)، استاد مركز پروتزهای عصبی و موسسه زیست‌مهندسی مدرسه مهندسی پلی‌تكنیك فدرال لوزان سوئیس و موسسه زیست‌رباتیك مدرسه عالی سنت‌آنا در شهر پیزا در ایتالیا و یكی از پژوهشگران گروه ایتالیایی و سوئیسی دست مصنوعی رباتیك در گفت‌وگو با جام‌جم درخصوص اندیشه‌ای كه پیش‌زمینه توسعه این پروتز بوده است، توضیح می‌دهد: «اندیشه زمینه‌ای برای توسعه این دست رباتیك این است كه بتوانیم به افرادی كه دست‌شان را از دست داده‌اند، امكان دوباره‌ای برای گرفتن اشیا و همچنین بازیابی عملكردهای حسی‌حركتی مشابه دست خودشان بدهیم.
این اندیشه در گام نخست به توسعه دست رباتیكی منجر شد كه از نوعی توانایی حسی‌حركتی مصنوعی برخوردار است. این توانایی موجب می‌شود وقتی فرد شیء را با دست رباتیك می‌گیرد، راهی برای دریافت اطلاعات حسی آن شیء داشته باشد.
در گام دوم، سامانه‌ای متشكل از الكترودهای مویی‌شكل در بخش فوقانی بازو، نزدیك كتف بیمار كاشته می‌شود. این الكترودها به عصب میانی و عصب زند زیرین متصل می‌شود.
در گام سوم، ارتباط میان این الكترودها با اعصاب بیمار برقرار می‌شود. به‌این‌ترتیب، زمانی كه دست رباتیك شیء را می‌گیرد، اطلاعات مربوط به آن از طریق حسگرهای مصنوعی به اعصاب دستگاه عصبی فرد منتقل می‌شود.»
میچه‌را در پاسخ به این پرسش كه آیا این دست رباتیك فقط توانایی دستكاری اشیا را دارد یا حسی مشابه حس لامسه را هم به بیمار عرضه می‌كند، می‌گوید: «اطلاعات لامسه هم وجود دارد و داوطلب به‌‌وضوح قادر است حركات این دست رباتیك را كنترل و شیء را دستكاری كند.
همان‌طور كه گفتم این دست توانایی حسی‌حركتی دارد و این حواس را به دستگاه عصبی بیمار منتقل می‌كند.
اما به هر روی، این پروتزها دارای محدودیت‌هایی است و در كنترل حركات پیچیده مهارت ندارد، بنابراین بیمار قادر نیست حركات زیادی را آن‌گونه كه دست طبیعی توانایی دارد، مدیریت كند.»
پوست مصنوعی؛ گامی به‌سوی طبیعی‌ترشدن دست رباتیك
پژوهش روی پوست مصنوعی از اواخر دهه 70 میلادی (دهه 50 خورشیدی) آغاز شد. اما این فناوری به‌ویژه در دو دهه اخیر پیشرفت‌های قابل‌توجهی به‌دست آورده و به سمت هوشمند شدن و شبیه‌سازی حس لامسه پیش رفته است.
از این‌رو، می‌توان انتظار داشت پوست مصنوعی هم بتواند بر توانایی حسی دست مصنوعی بیفزاید.
سیلوسترو میچه‌را در این‌خصوص می‌گوید: «پوست مصنوعی بی‌شك نقشی بنیادی در توسعه پروتز حسی‌عصبی دست ایفا می‌كند. زیرا هدف اصلی این نوع پروتز، ارائه حس لامسه‌ای نزدیك به حس لامسه دست طبیعی است. اكنون روشن است كه با تحریك اعصاب از طریق الكترودها می‌توانیم اطلاعات بسیار زیادی را به مغز ارسال كنیم.
اما برای انجام این كار به دستی نیاز داریم كه به‌روشی بسیار غنی و كم‌وبیش مشابه دست طبیعی، دارای حس باشد. بنابراین داشتن پوست مصنوعی دارای حس كه شبیه به پوست طبیعی است، می‌تواند حس لامسه را با قدرت بیشتری به بیمار منتقل كند و به او اجازه دهد حركات را در زمان كوتاه‌تر و به‌روشی طبیعی‌تر انجام دهد.
در حال حاضر، دست‌های مصنوعی كه به‌صورت تجاری عرضه می‌شود، به‌طوركلی بدون حس لامسه هستند. دست‌های رباتیكی كه فعلا فقط در آزمایشگاه‌ها و در بیمارستان‌ها در سطح بالینی وجود دارد، دارای حسگر است، اما بدون روكش پوست مصنوعی، زیرا پوست‌های مصنوعی كنونی دارای مشكلاتی است.
نخست آن‌كه، بسیار شكننده است و استفاده طولانی از آنها هنوز با محدودیت‌هایی مواجه است. دوم آن‌كه، به سامانه الكترونیكی مجزایی برای هدایت نیاز دارد كه یكپارچه‌‌كردن این سامانه با بقیه تجهیزات دست مصنوعی با پیچیدگی‌هایی روبه‌رو است. اما در تایید سوال شما باید بگویم كه ادغام پوست مصنوعی با پروتز دست رباتیك، تا حد چشمگیری توانایی حسی دست مصنوعی را افزایش می‌دهد.»
مشكل وزن بالای تجهیزات
پروتز رباتیك حدود نیم كیلوگرم وزن دارد كه كمی بیشتر از وزن دست طبیعی انسان بزرگسال است. بنابراین، وزن خود پروتز نمی‌تواند در توسعه دست مصنوعی حسی به‌عنوان مانع شناخته شود. البته، فعلا امكان كاستن از این وزن وجود ندارد، زیرا كاهش وزن پروتز به‌معنی استفاده از تعداد كمتری موتور حركتی است كه حذف آنها به كاهش عملكردهای دست می‌انجامد. اما مشكل مهم‌تر در استفاده از این دست مصنوعی، تجهیزات هدایت‌كننده آن است كه داخل كوله‌پشتی بزرگی كه همیشه باید همراه بیمار باشد قرار می‌گیرد.
میچه‌را در این‌خصوص می‌گوید: «درحال حاضر مشغول كار هستیم كه ظرف یك سال تا یك‌‌سال و نیم آینده، بتوانیم این تجهیزات را فشرده‌تر كنیم و آن را در كوله‌پشتی كوچك‌تر و درنتیجه سبك‌تری كه حمل آسان‌تری دارد، قرار دهیم. در آینده می‌خواهیم همه این تجهیزات را به‌حدی فشرده كنیم كه داخل لباس مخصوصی نصب شود.»
همچنین به‌نظر می‌رسد این دست رباتیك ظاهری بزرگ‌تر از دست عادی انسان دارد كه میچه‌را در این‌باره هم ابراز امیدواری می‌كند كه در آینده، پروتزهای رباتیك حسی دست بتواند از نظر ظاهری زیباتر و قابل قیاس با دست طبیعی و از نظر عملكرد حركتی بهتر شود. زیرا مطالعات فعلی روی این پروتز به‌خصوص در موسسه فناوری ایتالیا (IIT) در شهر جنوا به‌طرز امیدبخشی درحال توسعه است.
توانایی مغز در یادگیری استفاده از دست رباتیك
انعطاف‌پذیری مغز (Brain plasticity) به توانایی مغز برای تغییر ساختار و عملكرد خودش گفته می‌شود. این توانایی برای مثال، می‌تواند به تغییر و سازگاری با محرك‌های دریافت‌شده از محیط خارجی یا در واكنش به آسیب‌های ضربه‌ای یا تغییرات مربوط به روند رشد فرد منجر شود.
مغز كودك بیشترین سطح انعطاف‌پذیری را دارد و از این‌رو، كودك انسان از توانایی بالایی برای یادگیری و سازگارپذیری با وضعیت‌های جدید برخوردار است.
برای هدایت پروتز رباتیك حسی دست، مغز نیاز دارد هدایت و فرماندهی این اندام مصنوعی را یاد بگیرد و برای این‌كار به انعطاف‌پذیری نیازمند است. اما آیا مغز یك فرد بزرگسال هم از این قابلیت برخوردار است؟
دكتر پائولو ماریا روسینی (Dr. Paolo Maria Rossini) ، استاد مغز و اعصاب بیمارستان و پلی‌كلینیك دانشگاهی آگوستینو جِمِلی در رم و یكی از پژوهشگران آزمایش‌های بالینی این پروژه پروتز در گفت‌وگو با جام‌جم در پاسخ به این سوال می‌گوید: «مغز انسان سطح مشخصی از انعطاف‌پذیری را برای كل عمر از جمله در دوره سوم و چهارم زندگی
حفظ می‌كند.
به‌ویژه، نواحی مغزی كه اصطلاحا از اتصال با یك اندام محیطی یتیم شده‌اند. برای مثال؛ دست، پا، انگشت‌ها، چشم‌ها یا گوش‌ها که به عبارتی این اندام‌ها را از دست داده‌اند، برای همیشه سطح مشخصی از آمادگی و در دسترس بودن را حفظ می‌كنند تا در صورت بازگشت به عملكرد اصلی خودشان، از طریق یك اتصال مصنوعی برای مثال، دست بیونیك متصل به اعصاب انتهای بازوی قطع‌شده یا چشم مصنوعی متصل به عصب بینایی، باردیگر كارشان را از سر گیرند.»
نتایج آزمایش‌های بالینی
به‌گفته پائولو ماریا روسینی، از آنجا كه هر آزمایش بالینی شامل بخش‌های عمل جراحی، ساخت نمونه آزمایشی دست رباتیك متناسب با هر بیمار، مدت زمان هر آزمایش و... صدها هزار یورو هزینه دارد، پیش بردن مرحله بالینی در این پروژه، روی تعداد زیادی از داوطلبان امكان‌پذیر نیست. از این‌رو، این گروه ایتالیایی تاكنون روی پنج بیمار داوطلب این آزمایش را انجام داده است.
روسینی در این‌خصوص می‌گوید: «موارد بالینی ما شامل یك پسر ایتالیایی‌برزیلی، یك مرد دانماركی، یك نظامی اهل اكوادور و دو خانم ایتالیایی می‌شود و باید بگویم كه نتایجی كه به‌دست آوردیم، بسیار شگفت‌انگیز و فراتر از انتظار ما بود.
در این آزمایش‌ها مشاهده كردیم هر بیمار بسیار سریع‌تر از آنچه تصور می‌كردیم، فقط با چند هفته تمرین یاد می‌گیرد چگونه دست مصنوعی جدید را مدیریت كند و مغزش به‌سرعت و به‌طور مطلوبی خودش را با این اندام جدید سازگار می‌كند. این نشان از همان قدرت انعطاف‌پذیری مغز در تمام دوران زندگی دارد.»
پژوهشگران آزمایش بالینی دست رباتیك، از سندرم اندام خیالی هم برای درمان آن و هم برای سازگاری مغز با پروتز حسی‌عصبی مدد می‌جویند. این دانشمندان درك اندام خیالی را بازیابی می‌كنند و باعث می‌شوند كه این حس داخل پروتز رشد پیدا كند و با دست مصنوعی سازگار شود. دكتر روسینی در این‌خصوص توضیح می‌دهد: «تقریبا تمام داوطلبانی كه در آزمایش بالینی ما شركت كردند، دارای سندرم اندام خیالی بودند و این سندرم در همه آنها پس از اتصال دست رباتیك، بهبود قابل‌توجهی نشان داد. اما متاسفانه این بهبودی در مدت چند هفته پس از خارج‌‌كردن الكترودها از عصب‌ها از بین رفت. درحقیقت، به‌دلیل قوانین اروپا نمی‌توانیم بیشتر از مدت معلومی الكترودها را در مرحله بالینی داخل بازوی بیمار نگه داریم. اكنون در تلاشیم كه نوعی درون‌كاشت قطعی یا به‌اصطلاح مزمن را آزمایش كنیم كه با كمك آن بتوانیم علاوه‌بر امكان جایگزینی دست رباتیك با اندام قطع‌شده و بازگرداندن بخشی از توانایی‌های حركتی بیمار، سندرم اندام خیالی را هم درمان كنیم.»
با توسعه فناوری و افزایش سطح همكاری مغز و دست رباتیك، بی‌شك چنین مطالعاتی می‌تواند به بهبود كیفیت زندگی بیماران با دست قطع‌شده كمك شایان توجهی كند. اما توسعه و پیشرفت این فناوری همه ماجرا نیست. به‌طوری كه، به‌گفته پائولو روسینی هرچند نتایج امیدبخش این پژوهش‌ها می‌تواند در آینده تاثیر به‌سزایی در بهبود كیفیت زندگی این افراد داشته باشد، اما به‌هیچ‌وجه نمی‌توان گفت كه رسیدن به تولید انبوه این فناوری به تلاش دانشمندان بستگی دارد. زیرا تجاری‌سازی هر فناوری جدیدی نیازمند هزینه بسیار زیاد است و این وظیفه بخش صنعت است كه برای كاهش هزینه‌ها و صرفه اقتصادی آن تدبیر اندیشد. روسینی در پایان برای درك بهتر فاصله اقتصادی توسعه نمونه آزمایشگاهی یك فناوری تا عرضه تجاری آن این مثال ساده را می‌زند: «فقط كافی است كه یادآوری كنم اولین نمونه آزمایشی تلفن همراه كه از آزمایشگاه تحقیقاتی خارج شد، صد میلیون دلار قیمت داشت!»
بیش‌از یك دهه پس از آزمایش وارویك، پژوهش درباره این فناوری میان‌رشته‌ای قوت گرفت و بسیاری از محققان رباتیك و عصب‌شناسان، تحقیق روی نمونه‌های مختلفی از این ابزار را آغاز كردند.
حتی محققان ایرانی هم از این قافله عقب نماندند و گزارشی كه 25 تیر 99 در صفحه دانش جام‌جم منتشر شد، از تلاش گروهی از پژوهشگران به سرپرستی سعید بهرامی‌مقدم، دانشجوی دكتری بیومكاترونیك دانشگاه چینخوای چین درخصوص توسعه پروتز حسی دست خبر داد. این محقق ایرانی به همراه پنج دانش‌آموخته دیگر در حوزه مكاترونیك، شركت دانش‌بنیانی را برای تولید این نوع از پروتزهای رباتیك در شهر مشهد راه‌اندازی كرده‌اند.
دست رباتیك چگونه كار می‌كند؟
دكتر سیلوسترو میچه‌را(Dr. Silvestro Micera)، استاد مركز پروتزهای عصبی و موسسه زیست‌مهندسی مدرسه مهندسی پلی‌تكنیك فدرال لوزان سوئیس و موسسه زیست‌رباتیك مدرسه عالی سنت‌آنا در شهر پیزا در ایتالیا و یكی از پژوهشگران گروه ایتالیایی و سوئیسی دست مصنوعی رباتیك در گفت‌وگو با جام‌جم درخصوص اندیشه‌ای كه پیش‌زمینه توسعه این پروتز بوده است، توضیح می‌دهد: «اندیشه زمینه‌ای برای توسعه این دست رباتیك این است كه بتوانیم به افرادی كه دست‌شان را از دست داده‌اند، امكان دوباره‌ای برای گرفتن اشیا و همچنین بازیابی عملكردهای حسی‌حركتی مشابه دست خودشان بدهیم.
این اندیشه در گام نخست به توسعه دست رباتیكی منجر شد كه از نوعی توانایی حسی‌حركتی مصنوعی برخوردار است. این توانایی موجب می‌شود وقتی فرد شیء را با دست رباتیك می‌گیرد، راهی برای دریافت اطلاعات حسی آن شیء داشته باشد.
در گام دوم، سامانه‌ای متشكل از الكترودهای مویی‌شكل در بخش فوقانی بازو، نزدیك كتف بیمار كاشته می‌شود. این الكترودها به عصب میانی و عصب زند زیرین متصل می‌شود.
در گام سوم، ارتباط میان این الكترودها با اعصاب بیمار برقرار می‌شود. به‌این‌ترتیب، زمانی كه دست رباتیك شیء را می‌گیرد، اطلاعات مربوط به آن از طریق حسگرهای مصنوعی به اعصاب دستگاه عصبی فرد منتقل می‌شود.»
میچه‌را در پاسخ به این پرسش كه آیا این دست رباتیك فقط توانایی دستكاری اشیا را دارد یا حسی مشابه حس لامسه را هم به بیمار عرضه می‌كند، می‌گوید: «اطلاعات لامسه هم وجود دارد و داوطلب به‌‌وضوح قادر است حركات این دست رباتیك را كنترل و شیء را دستكاری كند.
همان‌طور كه گفتم این دست توانایی حسی‌حركتی دارد و این حواس را به دستگاه عصبی بیمار منتقل می‌كند.
اما به هر روی، این پروتزها دارای محدودیت‌هایی است و در كنترل حركات پیچیده مهارت ندارد، بنابراین بیمار قادر نیست حركات زیادی را آن‌گونه كه دست طبیعی توانایی دارد، مدیریت كند.»
پوست مصنوعی؛ گامی به‌سوی طبیعی‌ترشدن دست رباتیك
پژوهش روی پوست مصنوعی از اواخر دهه 70 میلادی (دهه 50 خورشیدی) آغاز شد. اما این فناوری به‌ویژه در دو دهه اخیر پیشرفت‌های قابل‌توجهی به‌دست آورده و به سمت هوشمند شدن و شبیه‌سازی حس لامسه پیش رفته است.
از این‌رو، می‌توان انتظار داشت پوست مصنوعی هم بتواند بر توانایی حسی دست مصنوعی بیفزاید.
سیلوسترو میچه‌را در این‌خصوص می‌گوید: «پوست مصنوعی بی‌شك نقشی بنیادی در توسعه پروتز حسی‌عصبی دست ایفا می‌كند. زیرا هدف اصلی این نوع پروتز، ارائه حس لامسه‌ای نزدیك به حس لامسه دست طبیعی است. اكنون روشن است كه با تحریك اعصاب از طریق الكترودها می‌توانیم اطلاعات بسیار زیادی را به مغز ارسال كنیم.
اما برای انجام این كار به دستی نیاز داریم كه به‌روشی بسیار غنی و كم‌وبیش مشابه دست طبیعی، دارای حس باشد. بنابراین داشتن پوست مصنوعی دارای حس كه شبیه به پوست طبیعی است، می‌تواند حس لامسه را با قدرت بیشتری به بیمار منتقل كند و به او اجازه دهد حركات را در زمان كوتاه‌تر و به‌روشی طبیعی‌تر انجام دهد.
در حال حاضر، دست‌های مصنوعی كه به‌صورت تجاری عرضه می‌شود، به‌طوركلی بدون حس لامسه هستند. دست‌های رباتیكی كه فعلا فقط در آزمایشگاه‌ها و در بیمارستان‌ها در سطح بالینی وجود دارد، دارای حسگر است، اما بدون روكش پوست مصنوعی، زیرا پوست‌های مصنوعی كنونی دارای مشكلاتی است.
نخست آن‌كه، بسیار شكننده است و استفاده طولانی از آنها هنوز با محدودیت‌هایی مواجه است. دوم آن‌كه، به سامانه الكترونیكی مجزایی برای هدایت نیاز دارد كه یكپارچه‌‌كردن این سامانه با بقیه تجهیزات دست مصنوعی با پیچیدگی‌هایی روبه‌رو است. اما در تایید سوال شما باید بگویم كه ادغام پوست مصنوعی با پروتز دست رباتیك، تا حد چشمگیری توانایی حسی دست مصنوعی را افزایش می‌دهد.»
مشكل وزن بالای تجهیزات
پروتز رباتیك حدود نیم كیلوگرم وزن دارد كه كمی بیشتر از وزن دست طبیعی انسان بزرگسال است. بنابراین، وزن خود پروتز نمی‌تواند در توسعه دست مصنوعی حسی به‌عنوان مانع شناخته شود. البته، فعلا امكان كاستن از این وزن وجود ندارد، زیرا كاهش وزن پروتز به‌معنی استفاده از تعداد كمتری موتور حركتی است كه حذف آنها به كاهش عملكردهای دست می‌انجامد. اما مشكل مهم‌تر در استفاده از این دست مصنوعی، تجهیزات هدایت‌كننده آن است كه داخل كوله‌پشتی بزرگی كه همیشه باید همراه بیمار باشد قرار می‌گیرد.
میچه‌را در این‌خصوص می‌گوید: «درحال حاضر مشغول كار هستیم كه ظرف یك سال تا یك‌‌سال و نیم آینده، بتوانیم این تجهیزات را فشرده‌تر كنیم و آن را در كوله‌پشتی كوچك‌تر و درنتیجه سبك‌تری كه حمل آسان‌تری دارد، قرار دهیم. در آینده می‌خواهیم همه این تجهیزات را به‌حدی فشرده كنیم كه داخل لباس مخصوصی نصب شود.»
همچنین به‌نظر می‌رسد این دست رباتیك ظاهری بزرگ‌تر از دست عادی انسان دارد كه میچه‌را در این‌باره هم ابراز امیدواری می‌كند كه در آینده، پروتزهای رباتیك حسی دست بتواند از نظر ظاهری زیباتر و قابل قیاس با دست طبیعی و از نظر عملكرد حركتی بهتر شود. زیرا مطالعات فعلی روی این پروتز به‌خصوص در موسسه فناوری ایتالیا (IIT) در شهر جنوا به‌طرز امیدبخشی درحال توسعه است.
توانایی مغز در یادگیری استفاده از دست رباتیك
انعطاف‌پذیری مغز (Brain plasticity) به توانایی مغز برای تغییر ساختار و عملكرد خودش گفته می‌شود. این توانایی برای مثال، می‌تواند به تغییر و سازگاری با محرك‌های دریافت‌شده از محیط خارجی یا در واكنش به آسیب‌های ضربه‌ای یا تغییرات مربوط به روند رشد فرد منجر شود.
مغز كودك بیشترین سطح انعطاف‌پذیری را دارد و از این‌رو، كودك انسان از توانایی بالایی برای یادگیری و سازگارپذیری با وضعیت‌های جدید برخوردار است.
برای هدایت پروتز رباتیك حسی دست، مغز نیاز دارد هدایت و فرماندهی این اندام مصنوعی را یاد بگیرد و برای این‌كار به انعطاف‌پذیری نیازمند است. اما آیا مغز یك فرد بزرگسال هم از این قابلیت برخوردار است؟
دكتر پائولو ماریا روسینی (Dr. Paolo Maria Rossini) ، استاد مغز و اعصاب بیمارستان و پلی‌كلینیك دانشگاهی آگوستینو جِمِلی در رم و یكی از پژوهشگران آزمایش‌های بالینی این پروژه پروتز در گفت‌وگو با جام‌جم در پاسخ به این سوال می‌گوید: «مغز انسان سطح مشخصی از انعطاف‌پذیری را برای كل عمر از جمله در دوره سوم و چهارم زندگی
حفظ می‌كند.
به‌ویژه، نواحی مغزی كه اصطلاحا از اتصال با یك اندام محیطی یتیم شده‌اند. برای مثال؛ دست، پا، انگشت‌ها، چشم‌ها یا گوش‌ها که به عبارتی این اندام‌ها را از دست داده‌اند، برای همیشه سطح مشخصی از آمادگی و در دسترس بودن را حفظ می‌كنند تا در صورت بازگشت به عملكرد اصلی خودشان، از طریق یك اتصال مصنوعی برای مثال، دست بیونیك متصل به اعصاب انتهای بازوی قطع‌شده یا چشم مصنوعی متصل به عصب بینایی، باردیگر كارشان را از سر گیرند.»
نتایج آزمایش‌های بالینی
به‌گفته پائولو ماریا روسینی، از آنجا كه هر آزمایش بالینی شامل بخش‌های عمل جراحی، ساخت نمونه آزمایشی دست رباتیك متناسب با هر بیمار، مدت زمان هر آزمایش و... صدها هزار یورو هزینه دارد، پیش بردن مرحله بالینی در این پروژه، روی تعداد زیادی از داوطلبان امكان‌پذیر نیست. از این‌رو، این گروه ایتالیایی تاكنون روی پنج بیمار داوطلب این آزمایش را انجام داده است.
روسینی در این‌خصوص می‌گوید: «موارد بالینی ما شامل یك پسر ایتالیایی‌برزیلی، یك مرد دانماركی، یك نظامی اهل اكوادور و دو خانم ایتالیایی می‌شود و باید بگویم كه نتایجی كه به‌دست آوردیم، بسیار شگفت‌انگیز و فراتر از انتظار ما بود.
در این آزمایش‌ها مشاهده كردیم هر بیمار بسیار سریع‌تر از آنچه تصور می‌كردیم، فقط با چند هفته تمرین یاد می‌گیرد چگونه دست مصنوعی جدید را مدیریت كند و مغزش به‌سرعت و به‌طور مطلوبی خودش را با این اندام جدید سازگار می‌كند. این نشان از همان قدرت انعطاف‌پذیری مغز در تمام دوران زندگی دارد.»
حسن استفاده از سندرم اندام خیالی
سندرم اندام خیالی، وضعیتی است كه در آن بیمار احساس می‌كند كه اندام قطع‌شده همچنان به بدنش متصل است و به شكل سابق می‌تواند از آن استفاده كند. تقریبا 80 تا 100 درصد افرادی كه دچار قطع عضو شده‌اند، اندام خیالی را حس می‌كنند.پژوهشگران آزمایش بالینی دست رباتیك، از سندرم اندام خیالی هم برای درمان آن و هم برای سازگاری مغز با پروتز حسی‌عصبی مدد می‌جویند. این دانشمندان درك اندام خیالی را بازیابی می‌كنند و باعث می‌شوند كه این حس داخل پروتز رشد پیدا كند و با دست مصنوعی سازگار شود. دكتر روسینی در این‌خصوص توضیح می‌دهد: «تقریبا تمام داوطلبانی كه در آزمایش بالینی ما شركت كردند، دارای سندرم اندام خیالی بودند و این سندرم در همه آنها پس از اتصال دست رباتیك، بهبود قابل‌توجهی نشان داد. اما متاسفانه این بهبودی در مدت چند هفته پس از خارج‌‌كردن الكترودها از عصب‌ها از بین رفت. درحقیقت، به‌دلیل قوانین اروپا نمی‌توانیم بیشتر از مدت معلومی الكترودها را در مرحله بالینی داخل بازوی بیمار نگه داریم. اكنون در تلاشیم كه نوعی درون‌كاشت قطعی یا به‌اصطلاح مزمن را آزمایش كنیم كه با كمك آن بتوانیم علاوه‌بر امكان جایگزینی دست رباتیك با اندام قطع‌شده و بازگرداندن بخشی از توانایی‌های حركتی بیمار، سندرم اندام خیالی را هم درمان كنیم.»
همكاری مغز انسان با فناوری رباتیك
به‌نظر می‌رسد شاید تا یك دهه آینده پروتزهای عصبی (به‌ویژه دست‌های رباتیك) نقش مهمی در توانبخشی افراد با اندام قطع‌شده ایفا كنند. اما علاوه‌بر توسعه این حوزه میان‌رشته‌ای، همكاری خود مغز با این فناوری نقشی كلید در توفیق‌های آینده آن ایفا خواهد كرد. روسینی درخصوص این همكاری توضیح می‌دهد: «در این پژوهش، ما از عصب‌های عصب زند ریزین، عصب زند زبرین و عصب میانی به‌عنوان پل‌هایی استفاده كردیم كه از طریق آنها دست بیونیك به روش رفت‌وبرگشتی به دستگاه عصبی مركزی متصل می‌شود. روش رفت‌وبرگشتی یعنی این‌كه این اعصاب هم برای آوردن فرامین حركت كه رشته‌های عصبی حركتی جمع‌آوری كرده است و هم برای ارسال پیام‌های حسی كه از گیرنده‌های پوست مصنوعی یا خود دست رباتیك فرستاده می‌شود، به‌كار می‌رود. برای رسیدن به این هدف، همان‌طور كه دكتر میچه‌را توضیح داد الكترودهای بسیار نازكی شبیه به مو را به عصب‌های محل قطع‌شده وارد می‌كنیم. این الكترودها كه از طرف دیگر به‌دست رباتیك وصل می‌شود، به ریزتماس‌گرهایی كه از یك‌سو برای ثبت سیگنال‌هایی به‌كار می‌رود كه از فرماندهی حركتی خارج شده و از سوی دیگر برای ثبت سیگنال‌هایی كه به پروتز وارد می‌شود، مجهز است.»با توسعه فناوری و افزایش سطح همكاری مغز و دست رباتیك، بی‌شك چنین مطالعاتی می‌تواند به بهبود كیفیت زندگی بیماران با دست قطع‌شده كمك شایان توجهی كند. اما توسعه و پیشرفت این فناوری همه ماجرا نیست. به‌طوری كه، به‌گفته پائولو روسینی هرچند نتایج امیدبخش این پژوهش‌ها می‌تواند در آینده تاثیر به‌سزایی در بهبود كیفیت زندگی این افراد داشته باشد، اما به‌هیچ‌وجه نمی‌توان گفت كه رسیدن به تولید انبوه این فناوری به تلاش دانشمندان بستگی دارد. زیرا تجاری‌سازی هر فناوری جدیدی نیازمند هزینه بسیار زیاد است و این وظیفه بخش صنعت است كه برای كاهش هزینه‌ها و صرفه اقتصادی آن تدبیر اندیشد. روسینی در پایان برای درك بهتر فاصله اقتصادی توسعه نمونه آزمایشگاهی یك فناوری تا عرضه تجاری آن این مثال ساده را می‌زند: «فقط كافی است كه یادآوری كنم اولین نمونه آزمایشی تلفن همراه كه از آزمایشگاه تحقیقاتی خارج شد، صد میلیون دلار قیمت داشت!»