خرداد ۶م, ۱۳۹۰ 
نویسنده: فرزین آقازاده
مطلب برگزیدۀ میزبان این منزلگاه
امید از پس ناامیدی …
و این نخستین بار است که یک بیمار فلج میتواند تنها با ارادۀ ذهنی، یک بازوی مصنوعی را بهحرکت درآورد …
متیو، مردی جوان که تهریشی دارد و دایم لمس و بیحرکت روی یک صندلی نشسته، قربانیِ درگیریِ ناخواسته در دعوا و چاقوکشی اوباش است:
“من میخوام دوباره راه برم؛ یا دستِکم بتونم صندلی چرخدارم رو خودم هدایت کنم … برای من این قدمِ اوّله و حتماً راه خودم رو ادامه میدم.”
از: دیوید ایوینگ دانکن
ترجمۀ آزاد از: فرزین آقازاده
“تِپتِپ، ترق تروق، پاپ …؛ این صدای مغز است که بهگوش میرسد. مثل اینکه این مغز درحال صحبت کردن با ماست اما به زبانی که فهم آن دشوار است. میلیونها یاختۀ عصبیِ آن وقتی که فعال میشوند، انگار همه با هم آوازی سر دادهاند که نوای آن به گوش ما مثل خِشخِشِ رادیو به وقت تنظیم موج آن میآید. در این شلوغپلوغی یک دفعه صدای پاپّ ِ بلندی شنیده میشود … و دوباره و دوباره … واقعاً که چه معرکهای است! …”
مغزی که سروصدای آن بهگوش میرسد، از آن ِ مردی جوان است که تهریشی دارد و دایم لمس و بیحرکت روی یک صندلی نشسته. او قربانیِ درگیریِ ناخواسته در دعوا و چاقوکشی اوباش است. بلایی که سه سال و نیم پیش* بر سرش آمده و از آن زمان از ناحیۀ گردن به پایین فلج شده است. اکنون او مجبور است مدام صدای قُلقُل ِ دستگاه تنفس مصنوعی را در گوش خود تحمل کند. «مَتیو نَگل»۱ جوان ۲۵سالهای است که روزی ستارۀ تیم فوتبال دبیرستان خود در شهر «وِیمُث»۲ ایالت ماساچوست آمریکا بود و اکنون بیحس و ناتوان روی یک صندلی افتاده و در آرزوی این است که شاید بار دیگر ذرهای از توانائیهایش را هم که شده بازیابد. پژوهشگران یک قطعۀ گرد تیتانیومی را روی سر او و در سمت راست فرق سرش کار گذاشتهاند که حدود نیم اینچ برآمدگی ایجاد کرده است و از آن بهنحوی که در ادامه خواهد آمد برای کمک به «متیو» استفاده میکنند.
اما روز چهارم جولای سال ۲۰۰۱، در یکی از سواحل آمریکا در شهر «وِیمُث»، نَگل وارد دعوایی شد که فقط مختصری از خاطرۀ بد آن را به یاد دارد. مشتهای گرهکردهای که به سر و صورت دوستش خورده بود و اینکه فریادی شنیده بود که کسی داشت وجود یک چاقو را هشدار میداد و بعد هم ناگهان دنیا پیش چشمش تیره و تار شده بود. پدر او یک کارآگاه پلیس است. همان شب از ادارۀ پلیس با او تماس گرفتند و گفتند پسرش در حال مرگ است. تیغۀ بیست سانتیمتری چاقو در ناحیۀ گردن وی به نخاعش آسیب فراوانی وارد کرده بود. به هرحال او زنده ماند اما این درگیری وحشیانه به قیمت از دست دادن توانایی حرکت برایش تمام شد و امروز بیحس و فلج مجبور است مدام درگوشهای بماند و زندگیاش وابسته به دستگاه تنفس مصنوعی است. «نَگل» دو- سه سال این وضع اسفبار را تحمل کرد تا دستِآخر رضایت داد که چند آزمایش روی او انجام گیرد شاید که تغییری در وضعش حاصل شود. این آزمونها با این هدف انجام میشد که بدانند آیا ممکن است انسانی بتواند از طریق اتصال مغز به رایانه اشارهگر را روی صفحۀ نمایشگر رایانه حرکت دهد یا نه؟
پژوهشگران بهمنظور انجام این آزمایشها، قطعهای تیتانیومی را با عمل جراحی در سطح جمجمۀ او فروبردهاند. برآن قطعه، تراشهای سوار شده و بر آن تراشه نیز چند ردیف الکترود مرتب شده است که این الکترودها به بخش فرماندهی فعالیتهای حرکتی در مغزِ وی متصلاند. تراشۀ مذکور فقط به اندازۀ یک قرص آسپیرینبچه است. کار صد الکترود ظریف و مویینِ این تراشه آن است که نوسانات الکتریکی بسیار ریزِ بخشی از مغز را که به آن متصل هستند برداشت کنند؛ نوسانهایی که یاختههای عصبی به عنوان نشانکهایی از خود بیرون میفرستند. هر الکترود مسئول جمعآوری نشانکهای چند یاختۀ عصبی مجاور یکدیگر است. هر بار که هنگام آزمایش فرا میرسد یک دوشاخۀ خاکستری رنگ چهار گوش را به پایۀ تیتانیومی روی جمجمۀ متیو وصل میکنند. سر دیگر سیم هم به یک رایانه متصل است. 
وقتی که یاختههای عصبی مغز او فعال میشوند و پیامی از خود گسیل میکنند، این پیامها از طریق الکترودها و سیم رابط به رایانه رفته، در آنجا تحت پردازش یک نرمافزار قرار میگیرند که عهدهدار خواندن و ترجمه کردن رمزهای الکتریکی ارسالشده است. اگر نگوییم که رایانه فکر «متیو نگل» را میخواند، دستِکم چند تا از دستورهای سادهای را که مغز او به زبان خاص خود و در قالب پیامهای الکتریکی کوچک بیان میکند، میفهمد و آنها را ترجمه میکند. «نَگل» برای کار در مقابل یک دست مصنوعی مینشیند. دستی که در اصل برای افرادی درست شده که دچار قطع عضوند و طوری طراحی شده که فرد مزبور بتواند با تکان دادن بخشهای برجایماندۀ دست قطعشده، آن را هدایت کند. اما این بار اندام مصنوعی، نه با جسم، بلکه با نیروی فکر نگل کار میکند. هرگاه او پیش خود تصور کند که انگار دارد دست چپش را باز و بسته میکند، دست مصنوعی که به کامپیوتر متصل است نیز باز و بسته میشود. درست است که نگل فلج شده است، اما یاختههای عصبی مغزش و صدالبتّه بخشی که فعالیتهای حرکتی را زیر فرمان دارد هنوز کاملاً سالماند. پژوهشگران از او میخواهند که در ذهن خود این تصور را به وجود آورد که انگار دارد دست خود را حرکت میدهد و او چنین میکند. این کار موجب برانگیختگی یاختههای عصبی مربوطه در بخش حرکتیِ قشرِ مخ میشود و آن یاختهها از خود نشانکهای الکتریکی گسیل میکنند و درپی آن، الکترودهای کاشته در مغزِ نگل این نشانکها را دریافت کرده، به رایانه میفرستند تا در آنجا رمزگشایی شود؛ رایانه مطابق پیام دریافتی، اندام مصنوعی را وامیدارد که انگشتهای شست و اشارهاش را بازوبسته کند.
منافع به کار بردن چنین روشی برای کسانی چون نگل که در اثر صدمات وارده و یا درپیِ بیماریهای تحلیلبرندۀ دستگاهِ عصبی، زندانی جسم ناتوان خویش میشوند بسیار شگفت مینماید. اکنون نگل نخستین انسانی است که توانسته یک اندام مصنوعی را صرفاً با اراده کردن و خواستن به حرکت درآورد.
اما پژوهشگران تواناییهای دیگری نیز به او بخشیدهاند. «نگل» در اتاقی که در یک مرکز توانبخشی در جنوب «بُستُن» دراختیار دارد، میتواند با تمرکز ذهنی، اشارهگر رایانهاش را به حرکت درآورد و ازاین طریق ایمیلهایش را بازکند و برای دیگران نامه بفرستد و حتی بازیهای ساده انجام دهد و یا تلویزیون را روشن کند و شبکۀ دلخواهش را تماشا کند و خلاصه کارهایی بکند که شاید انجام آنها برای اشخاصی که گرفتار فلج اندامها هستند تنها رؤیاهایی دلپذیر بنماید. شاید باورکردنی نباشد که «نگل» همۀ اینها را تنها با نیروی ذهن خود انجام میدهد. این کار شاید آنان که مدتها در دام این بیماری اسیر بودهاند را به وجد بیاورد و نور امید را در دلشان زنده کند. دُور و بر نگل در اتاقش پر است از عکسهای دوستان و خانوادهاش و تیم رؤیاییاش «بُستُن رِد ساکس»۳ و جشن قهرمانی آنان در مسابقات جهانی سال ۲۰۰۴، و انگار که گرمی خاطرات گذشته و علاقهمندیهای امروزش با هم درآمیخته و نگاهش به آینده است و دل به حرفها و دستورات «مریمِ صالح» میسپارد، پژوهشگرِ ایرانیتباری که با نگل کار میکند. وی رایانه را با مغز نگل تنظیم میکند. آنها پشت وسیلهای مینشینند که تقریباً به اندازۀ یک دستگاه لباسشویی خانگی است و دو صفحۀ نمایش دارد. یکی برای نگل و یکی هم برای کارشناس فنی. آنها سر جای خود مینشینند و با شور و اشتیاق کار میکنند. باید گفت که «نَـگل» بهراستی کار دشواری پیشِ رو دارد. جدای از اینکه او نفر اول و به نوعی سدشکن محسوب میشود، بیشک روش کار پژوهشگران نیز هنوز کامل نیست و نقایصی دارد. از جریان تلاش «نگل» و همکاریاش با متخصصانی چون مریمِ صالح گزارش جالبی نیز تهیه شده که آگاهی از آن خالی از لطف نیست. در این گزارش نگل دیده میشود که گویا سرحال نیست و از تلاش و صرف انرژی زیاد برای انجام کارهای ساده با اشارهگر رایانه کلافه شده است. او در یک کار تمرینی که یک جور بازی است باید سعی کند که یک کیف پر از پولِ فراری را با اشارهگر بر روی صفحۀ نمایش تعقیب کند و آن را بگیرد اما با لحنی حاکی از خستگی و غرولندکنان میگوید: “امروز دیگه نمیتونم بگیرمش؛ حتی نزدیکشم نمیتونم بشم.” پس از آن خانم صالح رایانه را طوری تنظیم میکند که نگل بتواند شبکههای تلویزیون را عوض کند و او نیز با تلاش فراوان موفق به انجام این کار میشود. شاید اضطراب ناشی از حضور یک گزارشگر موجب دشواری کار او در آن روز بخصوص بوده است. «جان داناهیو»۴، دانشمند علومِاعصاب از دانشگاه «براون»۵، که راهبری این طرح پژوهشی را عهدهدار است، میگوید که نگل پیش از آن کارهای بسیار دشوارتری را نیز انجام داده است و خود نگل هم میگوید که روز قبل از گزارش توانسته بوده یک بازوی مصنوعی را خیلی خوب به حرکت در آورد و آن را مانند دست یک انسان معمولی به کار گیرد. او میگوید: “اون بازو خیلی خوب کار میکرد. من میتونستم اون رو به اطراف حرکت بدم.”
«لی هاچبـِرگ»۶ از عصبپزشکان دانشگاه هاروارد و متخصص صدمات وارده به بخش فرماندهی فعالیتهای حرکتی مغز انسان است؛ درضمن وی یکی از بازرسان ارشد «ادارۀ کل غذا و داروی ایالات متحدۀ آمریکا»۷ در طرحهای تحقیقاتی است. او میگوید: “بسیار هیجانانگیز و امیدوارکننده است که این روش به این خوبی کار میکند.” او در ماه آوریل سال گذشته* مجوز آزمایش بر روی پنج بیمار داوطلب را تأیید نمود اما تاکنون تنها کسی که داوطلب شده همان «متیو نگل» است.
به هرروی این فنّاوری شگفتانگیز هنوز ساختاری خام و نیمهتمام دارد. رایانه فقط بخش کوچکی از آنچه در مغز نگل میگذرد را درمییابد؛ آنجایی که میلیاردها یاختۀ عصبی ممکن است همگی در یک لحظه فعال شوند و هزاران میلیارد ارتباط میان آنها برقرار شود. علاوه بر این هنوز کاشت قطعات و حسگرها در مغز، کاری تعیینکننده و دشوار به شمار می رود. آنانکه با «سنگِ رُزِتا»۸ و ماجرای رمزگشایی خط هیروگلیف آشنا هستند میتوانند درک کنند که دانشمندان در این کار با چه نوع چالشی دستبهگریباناند منتها با این تفاوت که بر سنگ رُزتای مغز انسان، با چنان رموز پیچیدۀ عصبشناختی روبرو هستند که دهها و صدها بار دشوارتر از آن خطوط باستانی مینماید. بهراستی که چه طرح بزرگی باید به سرانجام رسد تا بتوانیم پرده از تمام زیر و بم رازآلود سخنان مغز انسان برداریم! کاری که اگر امکانپذیر باشد، شاید دستکم چند دهه به طول انجامد …
*زمان نگارش این متن ماه مارس سال ۲۰۰۵ میلادی است.
پیشگامان …
پیش از «نگل» نیز کسانی بودهاند که دانشمندان تلاش کردهاند مغز آنها را به رایانه متصل کنند. این کار معمولاً مستلزم کاشت وسایلی در مغز فرد مورد آزمایش است. اولبار «فیلیپ کِنِدی»۹ چنین کاری را بر روی مغز بیمارانش انجام داد. او که متخصص علومِاعصاب است، در اواخر دهۀ ۱۹۹۰ میلادی این فناوری بدیع را بنیاد نهاد. او تنها دو الکترود شیشهای در مغز میکاشت و طبیعی است که درمقام مقایسه با مجموعۀ چندینالکترودیِ مغز «نگل»، نشانکهای گسیل شدۀ بسیار کمتری را نیز میتوانست جمعآوری کند. آزمودگان وی فقط میتوانستند اشارهگر رایانه را به بالا و پایین حرکت دهند. اما گروه پژوهشی «داناهیو» درفکر آناند که با کمک این فنّاوری تواناییهای بیشتری را برای نیازمندان آن به ارمغان آورند. «داناهیو» علاوه بر تدریس در دانشگاه، از بانیان شرکتی است که اکنون این فناوری را در اختیار دارد و درحال آزمودن آن است. او و یارانش امیدوارند ظرف مدت پنج سال بتوانند محصول خود را دراختیار بیمارانی بگذارند که دچار فلجِ گردنبهپایین هستند. محصولی که میتوان آن را «وسیلۀ ارتباط با یاختههای عصبی ازطریق دریچۀ یا روزنۀ مغزی۱۰» دانست. این وسیله برای هرکس که به نوعی دچار ناتوانیِ حرکتی شده باشد، میتواند مفید باشد. مثلاً کسانی که درپیِ سکته، و یا ابتلا به «کاهیدگیِ عضلانیِ ناشی از تصلبِ اعصابِ نخاعی»۱۱ (یا همان «بیماریِ لوگِریگ»۱۲) تواناییهای خود را از دست میدهند میتوانند برای بازیابی تمام یا قدری از قدرتهای ازدسترفتۀ خود از چنین وسیلهای بهره ببرند. چشمانداز آیندۀ این «دریچههای مغزی»، انسانی را نشان میدهد که اگر فقط و فقط توان اندیشیدن برایش باقی مانده باشد، بازهم میتواند بر صندلی چرخداری نشسته، آن را بهحرکت وادارد و بازوها و دستهای مصنوعی را که برآن صندلی سوار شده، برای انجام کارهایش بهکار بَرَد. شرکت پژوهشی و صنعتی مذکور که «سایـبِرکینـِـتیکس»۱۳ نام دارد، در ماه می ۲۰۰۱ تأسیس شده و کار بر روی دریچههای مغزی را از همان زمان شروع کرده است. این شرکت تاکنون*۱۰ میلیون دلار صرفِ طرحِ خود کرده است و برای مدت پنج سالی که احتمالاً به طول خواهد انجامید تا کار به سرانجام رسد نیز به حدود ۴۰ تا ۵۰ میلیون دلار دیگر نیاز دارد. نهایتاً این وسیله باید با کارایی مطلوب و کارکرد آسان و تا حدودی خودکار و بیسیم به دست بیماران و آسیبدیدگان نیازمند آن برسد. ناگفته نماند که قیمت محصول نهایی نیز برای بیمارانی که چشمبهراه چنین فنّاوریهای فوقالعادهای هستند بسیار مهم است. «داناهیو» خیلی بلندپرواز است. او میگوید که شاید «نگل» درآینده بتواند با کمک این روش نوین دوباره راه برود و از دستانش استفاده کند. این کار بهزعم او با جایگزین کردن ساختار عصبی آسیبدیدۀ وی با یک ساختار مصنوعیِ ساختهشده برمبنای دانش فرمانشناسی۱۴ امکانپذیر خواهد بود. شاید تا همین چندسال قبل اینچنین ادعاهایی باورنکردنی و تخیلی مینمود اما امروز اکثر دانشمندان آنها را محتمل میدانند.
و اما دانشمندانِ دیگر چه میگویند ؟
نظر دانشمندان درباب آیندة این کار مختلف است. برخی از ایشان مردّدند و «اندرو شوارتز»۱۵ ازآن جمله است. او در عین حال که احتمال موفقیت روش نوین داناهیو و یارانش را بسیار میداند، بر آن خردههایی نیز میگیرد. وی از دانشمندان علومِاعصاب در دانشگاه «پیتسبورگ»۱۶ است. او میگوید: “حرکاتی که ایشان توانستهاند ایجاد کنند از ظرافت بیبهره است. ضمناً آنها هنوز به ما نگفتهاند که دادههایی که از مغز میگیرند و در رایانه ثبت میکنند تا چه حد درست و کاملاند؟” او گمان میکند که اگر قرار باشد این وسیله برای کسانی به کار رود که بهکل از حرکت بازایستادهاند و حتی توان سخنگفتن و مژهزدن هم ندارند، پس باید که کارهای بیشتری بتوان به کمک آن انجام داد؛ بازیکردن با رایانه و ایمیلخواندن و شبکهعوضکردن چندان دردی از نیازمندان دوا نمیکند چراکه اکنون برای آنانکه میتوانند حرف بزنند و یا حتی پلک خود را حرکت دهند دستگاههایی ساخته شده که به کمک همین دو تواناییِ به ظاهر کماهمیت کارهای بسیار زیادی را برای بیمار انجام میدهند. البته «شوارتز» مرد عمل است و این نکتهها را صرف بهانهجویی نمیگوید. او خود در آزمایشگاهش یک دستگاه «ارتباط مغز-رایانه» را برروی میمونها میآزماید که بازویی دارد و این بازو بهچابکی و آزادانه حرکت میکند و قابلیت حرکت سهبعدی دارد.
«میگوئل نیکُلـِلیس»۱۷ نیز متخصص علوم اعصاب است و از «دریچههای مغزی» ِ شرکتِ «سایبرکینـِـتیکس» ایرادهایی میگیرد و کار ایشان را مخاطرهآمیز میداند. وی میگوید “اندامهای مصنوعی دیگری هم ساخته شده که همین کارها را بکند. اگر قرار بر انجام جراحی و کاشت مغزی است پس آدم فرآیند بسیار کاملتری را توقع دارد. من فکر میکنم آنها یکی- دو مرحلۀ مقدماتی را از قلم انداختهاند و یکدفعه به سراغ جراحی روی مغز انسان رفتهاند.” بهگمان او بافت زندة مغز ممکن است الکترودها را کمکم از کار بیندازد و مجبورمان کند کاشت مغزی را هر چند وقت از نو تکرار کنیم و یا شاید در اثر عوارضی از قبیل عفونتِ احتمالیِ پس از جراحی، آسیبهای جبرانناپذیری به بار آید.
او نیز خود طرحی در دست دارد که حسگرهایی را برای مغز انسان آماده کند، اما فعلاً بهصرفِ کارهای تحقیقاتی و آزمایشگاهی بسنده میکند و در کارش بسیار احتیاط به خرج میدهد. او قدری مشکوک است و وسواس به خرج میدهد که نکند شرکت «سایبرکینــتیکس» برای رسیدن به اهداف مالی، در حصول به بهترین و بیخطرترین نتایج ممکن برای کمک به بیماران و نیازمندان، قصور کرده باشد …
در مقابل هستند بسیاری از دانشمندان که حامی و طرفدار فعالیتهای تحت رهبری «داناهیو» باشند. «ریچارد اندرسُن»، از دانشمندان پیشتاز در علوم اعصاب در «مؤسسة فنّاوری کالیفرنیا»۱۸، از این جمله است. او هم قرار است چنین درونکاشتی۱۹ را در مورد انسان در بوتة آزمایش آورد. بهنظر او “دیگر وقت آن رسیده که این آزمایش را برروی انسانها انجام دهیم.” «بیل هیتدِرکس»۲۰ نیز کسی است که در یکی از نهادهای دولتی ایالات متحده، تا سال ۲۰۰۳ عهدهدار نظارت بر چنین طرحهایی بوده و منابع مالی لازم را او برای «داناهیو» و برخی دیگر تصویب کرده است. او تصریح میکند که سلامت و ایمنی طرح آزمایشی شرکت «سایبرکینــتیکس» مورد تأیید سازمان اِفدیاِی میباشد. او نکتة مهمی را نیز خاطرنشان میسازد؛ اینکه در نتیجة آزمایشهای «داناهیو» به یک پرسش اساسی پاسخ داده شده است، پرسشی که
با آزمایش برروی جانوران نمیتوانستیم پاسخِ روشن و قاطعی برایآن بیابیم:
” اگر انسانی دچار فلج شده باشد، پس از مدتی طولانی که بر همین وضع بماند، آیا باز هم یاختههای عصبیِ حرکتیِ مغز او، میتوانند درست مانند هنگام سلامتیاش، فعال شوند؟”
و اکنون میدانیم که آری اینگونه است.
«داناهیو» خود میگوید که او و یارانش همۀ احتیاطهای لازم را درنظر داشتهاند؛ با وجود این قبول دارد که «نگل» هنوز قابلیتهای کاملی کسب نکرده است.
و در این میان خود «متیو» را نباید از قلم انداخت. او در جوابِ مخالفان و منتقدان میگوید: “کدوم ِ اون آدما تا حالا اومدن ببینن که واقعاً اینجا چی میگذره؟” او به وضعیت جسمانی و بدن لمس خود اشاره میکند و میگوید: “این وضع زندگیه منه. من خودم برای کار داوطلب شدم.” اما خود «نگل» هم قبول دارد که دستگاه کمک محدودی به او کرده است و بدون حضور کارشناس نمیتواند با آن کار کند و هربار که میخواهد شروع کند باید کارشناس دستگاه را از نو تنظیم کند؛ ولی او واقعاً به دنبال چیست؟
“من میخوام دوباره راه برم؛ یا دستِکم بتونم صندلی چرخدارم رو خودم هدایت کنم … برای من این قدمِ اوّله و حتماً راه خودم رو ادامه میدم.”
“من فکر میکنم اونا به پول احتیاج داشتن و از اینکه بعد از آزمایش روی من موفق شدن پول لازم رو تهیه کنن خوشحالم. اگر فکر کنم کار من باعث میشه که اونها دستگاهشون رو کامل کنن و اون رو به آدمایی مثل من بفروشن، با همۀ وجود باهاشون همکاری میکنم …”
واما مختصری از مبانی علمی این پژوهش …
در میان تلاشهایی که پژوهندگان برای درک چگونگی کار یاختههای مغزی آغاز کردهاند، یکی هم کاری بوده که «داناهیو» آن را رهبری کرده است. گروهی از این دانشمندان برای جمعآوری خروجی یاختههای مغزی، بهمانند «داناهیو» از نشاندن الکترود در مغز بهره میبرند. آنها بر این باورند که این کار باعث میشود دادههایی بیشتر در زمانی کوتاهتر جمعآوری شود. ولی گروهی دیگر به روشهایی جز کاشت مغزی متوسل میشوند اما در هر صورت همگی در فکر برقرار کردن نوعی ارتباط بین مغز و رایانه هستند و موفقیت ایشان در شکلدادن به یکچنین ارتباطی، به فناوریهای بدیعی میانجامد که یکی از نتایج خام و نیمهتمام آنها، امروز در خدمت «متیو نگل» قرار گرفته است.
اما الفبای زبان یاختههای مغزی از خیزشهای۲۱ الکتریکی شکل میگیرد. برخی از متخصصان علوم اعصاب برای پایش این خیزشهای الکتریکی و خوانش آنها از مغزنگاری الکتریکی (یا الکترواِنسِفالوگرافی) استفاده میکنند و بدین وسیله میتوانند محدودۀ وسیعتر و ژرفتری از مغز را زیر نظر بگیرند و درضمن نیازی هم به عملِ جراحی نداشته باشند و از مخاطرات آن بپرهیزند. باید اذعان کرد که حسگرهای «ایایجی» در این کار بهخوبی عمل کردهاند ولی هرچه باشد آنها فقط نقوشی نهچندان دقیق از آنچه مغز میگوید را به تصویر میکشند و این درحالی است که به روش کاشت الکترود درمغز، میتوان خیزشهای الکتریکی مغز را با دقتِ تمام ثبت نمود.
هریک از خیزشهایی که از آنها یاد کردیم دراصل اوجگیری یک موج یا نوسان الکتریکی است که در غشای یاختههای عصبی رخ میدهد. این نوسانها را عموماً با عنوان «پتانسیلِ عمل»۲۲ یاد میکنیم. 
هنگامی که یکچنین نوسانی رخ میدهد، میتوان گفت که آن یاختۀ عصبی فعال شده۲۳ یا به عبارتی تپیده و درنتیجه ازخود نشانکی بیرون فرستاده است. وقتی «متیو» با دستگاه خود کار میکند، بر روی صفحهنمایش مخصوص کارشناس نمودارهای چندین «پتانسیل عمل»، ردیفِ هم دیده میشوند که در طولِ صفحه امتداد مییابند. این نمودارها را نرمافزاری رسم میکند که عهدهدار ترجمۀ نشانکهایی است که الکترودها از مغز «نگل» آوردهاند. هر یک از آن الکترودها نشانکهای گسیلشده از چندین یاختۀ مجاور را جمعآوری میکند. هرگاه یاختهای در مغز او فعال میشود و تپشی را آغاز میکند، خطی که بر روی نمایشگر دیده میشود با شیبی نسبتاً ملایم راه بالا میگیرد و هماهنگ با نوسان الکتریکی یاخته، منحنی صعودی خاصی را طی میکند. پس از طی مسیری کوتاه ناگهان اوج میگیرد و دهها بار سریعتر از چشمبرهمزدنی، به ارتفاع حداکثر میرسد و همین لحظه است که صدایی شبیه “پاپّ” بهگوش میرسد و آنگاه در همان کسر خرد از ثانیه از نوکِ تیزِ قله سرازیر میشود و پس از شیب تند نزولی و طی کردن یک نوسان کوچک، با شیبی ملایم به همان سطح اولیه برمیگردد. این نمودار درواقع نمایشگر نوسان اختلاف پتانسیل درون و بیرون غِشای یاختۀ عصبی است که خود چند مرحلۀ پیاپی دارد. در حالت عادی اختلاف پتانسیل درون غشا نسبت به بیرون آن منفی است. این پتانسیل منفی را که تا زمانی که یاخته نتپد، با نوسانات بسیار خُردی پابرجاست، «پتانسیل استراحت»۲۴ میتوان نامید. این پتانسیل از غلظتهای بیشتر یونهای پُتاسیم و سدیم، بهترتیب درون و بیرون غشا ایجاد میشود. دریچههایی در غشای این سلولها وجود دارد که با عبوردادنِ تنظیمشدۀ این یونها به دو سوی غشا میتوانند این پتانسیل آرام را برهم زنند و همان نوسانی را بهوجود آورند که از آن یاد کردیم. درطی این نوسان، پتانسیل منفی درون نسبت به بیرون غشا سریعاً به مقداری مثبت میرسد و باز به همان مقدار منفی برمیگردد. حرکت همین نوسان پتانسیلی در طول رشتههای دراز یاختههای عصبی، دستورات حرکتی را به اندامها منتقل میکند؛ این کارِ پیامرسانی را اکنون الکترودها بر عهده گرفتهاند. در پس هر خیزشی که در نمودارها دیده میشود، یا آرامش مستولی میشود و یا خیزشهای مجددی رُخ میدهد. بهگمان دانشمندان، یاختههای عصبی مغز با ایجاد رشتهای از این نوسانات الکتریکی، اطلاعات را انتقال میدهند. این یاختهها با تغییر تواتر و تنظیم زمانبندیِ ایجاد موجهای الکتریکی بهطور توأمان، از خود رمزهایی گسیل میکنند که هرکدام مفهومی دربر دارد. یک یاختۀ عصبی درحالتی که فعال بماند، بین ۲۰ تا ۲۰۰ بار در ثانیه ممکن است بتپد.
عامل دیگری که آن نیز تعیینکنندۀ معنا و مفهوم نشانکها و پیامکهای ارسال شده از یاختههای عصبی میباشد، محل قرارگیری هر یاخته در مغز است؛ یعنی بسته به اینکه آن یاخته در کجای مغز قرار گرفته باشد، پیامهای آن کاربرد خاصی پیدا میکند و آن یاخته که در انجامِ وظایف بخصوصی تخصص یافته، به زبان خاص خود سخن میگوید. نهایتاً کنش متقابل میان این عوامل، یعنی زمانبندی و تواتر ارسال نشانکها و خیزشهای الکتریکی در محلهای مختلف مغز انسان، زیربنای فعالیتهای مغز را تشکیل میدهد؛ از جمله دستور حرکت عضلات مختلف و انجام فعالیتهای حرکتی ساده و پیچیده از رهاورد ترکیب و اندرکنش همین خیزشهای الکتریکی گوناگون مغز حاصل میشود. یکی از دانشمندانی که در نوشتن الگوی منطقی نرمافزار بهکاررفته در دریچۀ مغزی «نگل» همکاری داشته، به نام «هاتسُپولُس»۲۵، میگوید: “درک چگونگی همکاری یاختههای عصبی مغز برای فعالیتهای حرکتی نسبتاً کار سادهای است. در پیِ توانایی روزافزون ما در خواندن و ثبت فعالیت تعداد بیشتر و بیشتری از یاختهها بهطور همزمان، تدریجاً میتوانیم چگونگی فعالیتهای پیچیدهتر مغز همچون احساسات و تفکر و دیگر رفتارهای بشری را نیز دریابم.”
از فعالیتهای «ریچارد اندرسُن» در مؤسسۀ فنّاوری کالیفرنیا (یا اختصاراً «کَلتِک») پیشتر سخن به میان آمده بود. برنامۀ آیندۀ وی آزمایش برروی انسان است اما تا کنون وی آزمایشهای جالبی برروی میمونها انجام داده است. کار او این بوده که از روی الگوهای فعالیت یاختههای عصبی مغز این جانوران، قصد انجام کار را درآنها تشخیص دهد. او و همکارانش حسگرهای خود را در بخشهایی از مغز میمون کار میگذارند که آنها را قادر سازد فعالیتهای پیچیدهتر را پایش کنند. آنها نشانکهایی را ثبت و ترجمه کردهاند که نشان از قصد جانور برای انجام کار ویا کلاً نوعی تصمیمگیری دارد و به نظر میرسد که همین فعالیتهای مغزی هستند که انگیزههای جانور را شکل میدهند و آنها را تحت فرمان دارند.
نکته جالبی که در پژوهشهای این دانشمندان به نظر میرسد این است که یاختههای عصبی مغز، اگر هم قبلاً با نوعی از فعالیتهای حرکتی آشنا نبوده باشند، اما میتوانند اطلاعات و تواناییهایی تازه کسب کنند و برمبنای آنها مهارتهایی جدید بهدست آورند و فعالیتهایی جدید را هدایت کنند.
به هرحال این موجی است که اندیشۀ دانشمندان را دستخوش بازیهای خلاقانۀ خود کرده و درآیندهای نهچندان دور شاهد ثمرات فراوانی خواهیم بود که از دل این دریای خروشانِ خلاقیت برای انسان به ارمغان خواهد آمد …
حرکت و امید غبار غم را میزداید …
«گِرهارد فْریس»، از متخصصان جراحی مغز و اعصاب در دانشگاه براون، کسی است که جراحیِ کاشت الکترودها در مغز «متیو نگل» به دست وی انجام یافته است. او پیش از آن جراحیهای مشابهی را نیز تجربه کرده بود که مثلاً بر روی بیماران مبتلا به پارکینسُن انجام میداد. او بر جمجمۀ متیوی بیهوش، درست برروی آن قسمتی از مغزِ او که دست چپش را هدایت میکند، حفرۀ کوچکی ایجاد نمود و آنگاه به کمک یک دستگاه منگنۀ بادیِ حساس و ظریف، قطعۀ کاشتنی را در سطح مغز او فروکرد. «فریس» میگوید درآینده شاید بتوانیم چنین عملی را حتی بدون بیهوشی کامل هم انجام دهیم. اما پیش از این جراحی، کارشناسان به روش تصویرپردازی با تشدید مغناطیسی (یا بهاختصارِ لاتین ، اِمآرآی) به بررسی مغز نگل پرداختند. ایشان میخواستند دقیقاً مختصات بخشی از قشر مغز «نگل» را که عهدهدار فعالیتهای حرکتی است، مطابق با کالبدشناسی خاص خود او، شناسایی کنند. نتیجۀ این کار در اتاق عمل پیش روی «فریس» قرار گرفت تا او بتواند با دقت لازم و در مختصات درست، سطح جمجمۀ«نگل» را سوراخ کند. ابزار کار او در این مرحله یک متّۀ مخصوص بسیار سریع بود که بهکمک آن سوراخی بهاندازۀ یک سکّۀ خیلی کوچک در سر «نگل» باز کرد؛ سپس تراشۀ پر از الکترودِ مربع شکلِ چهار در چهار میلیمتری را بههمراه پایۀ آن و نیز سیمهای رابط، به درون جمجمه فروکرد و آنگاه محل جراحت را ترمیم کرد. کل جراحی حدود ۴ ساعت به طول انجامید. آنگاه ۶ هفته گذشت تا جراحت حاصل التیام یافت و خطر عفونتِ پسازعمل برطرف شد و هنگام آن رسید که گروه پژوهشگرانِ خلاق ما حاصل کار خود را بیازمایند. یکی از روزهای ماه آگوست ۲۰۰۴ نخستین باری بود که آنها مغز «نگل» را به رایانه ارتباط دادند. روزی بود که «مریم صالح» برای بار نخست بر صفحۀ نمایش نمودارهایی را دید که در کنار هم از یک سوی صفحه به سوی دیگر رفته، همزمان با فعالیت سلولهای مغز نگل که در ذهنش تلاش میکرد تا دست خود را به سمت چپ حرکت دهد، آن نمودارها نیز به بالا و پایین نوسان پیدا میکردند و اشارهگر رایانه که واقعاً به سوی چپ حرکت میکرد و صدای «متیو» که شنیده میشد: “هی پسر! بدک نیست”. چیزی نگذشت که «نگل» با تلاش توانست یک دایرۀ نهچندان متقارن روی صفحه ترسیم کند و بعد نوبت آن رسید که به بازی سادۀ پینگپنگ سرگرم شود؛ به سبک همان بازیهای قدیمی آتاری؛ و بعد هم خاموش و روشن کردن تلویزیونش را یادگرفت و بعد شبکههای آن را عوض کرد و صدای آن را تنظیم نمود. خلاصه قدمبهقدم پیش میرفت. به قول «داناهیو» کار او مثل تلاش کودکی بود که برای بار نخست سوار دوچرخه میشود. اولِ کار قدری کجوکوله راه میرود و کارش سخت است اما یکدفعه میبیند که انگار در حال دوچرخهسواری است و بر آن مسلط شده است. به نظر وی نکتۀ مهمِ این یادگیری برای «نگل» در آن است که اکنون او در انجام این کار روان و مسلط شده است و دیگر نیازی نیست که مدام در ذهنش تمرکز کند که انگار دستش را دارد حرکت میدهد، بلکه او مثل یک شخص سالم که چند کار را با هم انجام میدهد، میتواند مثلاً حرف بزند و در همان حال بهراحتی با ذهن خود اشارهگر را نیز جابهجا کند. او مثل هر کاربر دیگری که با رایانه کار میکند میتواند خیلی ساده فقط به جابهجا کردن اشارهگر بیندیشد نه به حرکت دادن دستش.
ارزش روشی که بر روی «متیو نگل» آزموده شده زمانی روشن میشود که نگاهی بیندازیم بر بیمارانی که در مرکزی همانند «بیمارستان توانبخشی اسپالدینگ»۲۶ با چه سعی و تلاشی میخواهند به هر قیمت که شده، بازهم بتوانند به دنیای پُرحرکت دیگران نزدیک شوند. آنها از هر ذرهای توان حرکت که برایشان باقی مانده کمک میگیرند تا به کامپیوترها یا دستگاههای مخصوص فرمان بدهند و آنها را به حرکت و جنبش درآورند. بعضیها به کمک حرکت دادن لبهای خود این کار را میکنند؛ بعضی دیگر از پلکهایشان کمک میگیرند و گروهی بهیاری زبان خودمیخواهند فرمان دستگاه را در اختیار خود بگیرند. حتی کسانی که دیگر هیچکدام از اینها برایشان مقدور نیست با استفاده از دستگاهی که حرکات ظریف مردمک چشم آنها را میتواند ردیابی کند، سعی میکنند با دستگاه ارتباط بر قرار کنند و همۀ ایشان در آرزوی کسب اندکی تواناییاند؛ آنها با روحیۀ بسیار خوبی تلاش میکنند که گذشته را از یاد ببرند و دوباره از نو شروع کنند.
رنگآمیزی اندیشهها …
از همۀ آنانیکه در بهبود بخشیدن به فناوری «دریچههای مغزی» دستی در کار دارند، یکی هم «مایکل بلَک»۲۷ است. وی کارشناس رایانه است و نقش او در این کار تدارک الگوریتمهایی اصلاحشده و تکمیلشدهتر است برای رمزگشایی خیزشهای الکتریکی یاختههای عصبی. او در آزمایشهایش، میمونها را مورد استفاده قرار میدهد. از لحاظ نظری هرچه رمزگشایی نشانکهای ارسال شده از مغز بهتر و کاملتر انجام شود، حرکت نرمتر و کاملتری هم حاصل خواهد شد. «مایکل بلک» جداولی ساخته است که در آنها با کمک رنگها وضعیت فعالیت یاختهها را نشان میدهد. هر جدول یا در واقع هر نمودار، در حالت ایدهآل، فعالیت یک یاختۀ عصبی را در ازای حرکتهای مختلف دست نشان میدهد. رنگ آبی وضعیتی را که یاختهای خاموش است بیان میکند و پس از آن به ترتیب رنگهای بنفش و نارنجی فعال شدنِ هرچه بیشتر آن را و آنگاه رنگ قرمز، نشاندهندۀ موقعیتی است که یاخته کاملاً فعال شده و پیاپی خیزشهای الکتریکی در آن رخ میدهد. هر یاخته، به هنگام یک حرکتِ جسمانیِ بخصوص فعال میشود. مثلاً در نمودارِ مربوط به یکی از یاختهها میتوان دید که زمینۀ تصویر آبی است و در گوشۀ بالا سمت راست، تکّهای به رنگ قرمز دیده میشود. این بدان معنا است که این یاختۀ عصبی زمانی که میمون دست خود را به بالا و به سمت راست حرکت میدهد فعال است. وی از روی این جداول به الگوی تپیدن یاختههای عصبی مغز پی میبرد و آنگاه آن را به رایانه میشناساند تا رایانه به هنگام دریافت مجدد همان دستور مغزیِ خاص، حرکت بایسته را اعمال کند. به گمان «مایکل بلَک» آنچه باعث میشود تا بتوان از الگوهایی مشخص صحبت به میان آورد و آنها را شناسایی کرد و از آنها بهره برد، در واقع تمایلِ جالبتوجه یاختههای مغزی به کار مطابق الگوهایی باثبات و تکرارپذیر است.
گروه پژوهشگران تلاش میکنند که پس از آزمودن پیشنمونۀ این دستگاه به کمک «متیو نگل»، نمونههای جمعوجورتری بسازند که کاربری آنها نیز آسانتر باشد. مثلاً آن پایۀ تیتانیومی را و یا آن سختافزار پر حجم و دستوپاگیر را میخواهند بهنوعی از این مجموعه حذف کنند. آنها میخواهند وسیلۀ کوچکی را که در مغز کار میگذارند از طریق یک تار (یا فیبرِ) نوری مویین به یک پردازشگر کوچک متصل کنند. این پردازشگر را درون سینۀ بیمار خواهند کاشت و تارِ نوری را نیز از زیر پوست وی خواهند کشید تا به آن متصل شود. پس نشانکهای مغزی به آن پردازشگر منتقل خواهند شد و در آنجا پردازش شده، از آنجا دستورهای مربوطه صادر خواهد شد. آنها میخواهند حتی رابطۀ مغز و رایانه را به رابطهای دوطرفه تبدیل کنند. دیگر دستور دادن صرف در کار نیست. بازوی اجرایی نیز بازخوردهایی را به مغز میفرستد و بر مبنای آن، دستورات تنظیم یا اصلاح خواهد شد. مثلاً بازویی که قرار است لیوان آبی را از روی میز بردارد نیروی لازم برای کار را تخمین میزند و آن را به مغز خبر میدهد و مغز دستور خود را متناسبِ آن صادر میکند.
پس ما باید که چشمبهراه رسیدن این زاییدۀ دانش و آفرینش و تخیل دانشمندان باشیم تا بیاید؛ و آنگاه آیا زندگی بشر را بهبود خواهد بخشید؟ اما نه؛ چشم داشتنِ صرف شایستۀ انسانبودنِ انسان نیست، که باید کوشید و در این راه امید و آرزو باید … از «متیو نگل» میپرسند که آیا فکر میکند روزی دوباره راه خواهد رفت، و او در پاسخ میگوید این آرزویی است که لحظهلحظۀ عمرش آرام و قرارش را از او گرفته است.
*زمان نگارش این متن ماه مارس سال ۲۰۰۵ میلادی است.
پینوشتها :
۱ – Matthew Nagle؛
۲ – Weymouth؛
۳ – Boston Red Sox؛
۴ – John Donoghue؛
۵ – Brown؛
۶ – Leigh Hochberg؛
۷ – Food and Drug Administration؛
۸ – Rosetta stone؛
۹ – Philip Kennedy؛
۱۰ – Braingate؛
۱۱ – Amyotrophic Lateral Sclerosis ( ALS )؛
۱۲ – Lou Gehrig’s disease؛
۱۳ – Cyberkinetics؛
۱۴ – Cybernetics؛
۱۵ – Andrew Schwartz؛
۱۶ – Pittsburgh؛
۱۷ – Miguel Nicolelis؛
۱۸ – California Institute of Technology؛
۱۹ – Implanting؛
۲۰ – Bill Heetderks؛
۲۱ – Spike؛
۲۲ – Action Potential؛
۲۳ – در زبان انگلیسی برای نامیدن این کنشِ یاختههای عصبی از مصدر «To Fire» استفاده میکنند.
۲۴ – Resting Potential؛
۲۵ – Nicholas Hatsopoulos؛
۲۶ – Spaulding Rehabilitation Hospital؛
۲۷ – Michael Black؛
منبع:
مقالهای در منزلگاه اینترنتی «Technology Review» بهتاریخ ماه مارس سال ۲۰۰۵ با عنوان «Implanting Hope»
پیوندهای مرتبط:
این مقاله در شمارۀ پیاپی ۵۲۴ ، خردادماه ۱۳۸۶ ماهنامۀ دانشمند نیز به چاپ رسیده است.
Posted in 
Tags: 
ارسال...
سلام مطلب خیلی جالبی بود بازهم از این مطالب خوب و آموزنده تو سایتتون بذارید
ممنون
جالب بود