تم إنشاء عملية زرع دماغ بشري لتلقي الأحاسيس اللمسية من ذراع ميكانيكية

اللمس هو الملاحظات التي نتلقاها عند استخدام اليد. بفضل اللمس ، يمكنك معالجة الأشياء دون النظر إليها: أمسك بها ، والحديد ، والضرب ، وما إلى ذلك. التغذية المرتدة ضرورية للتعامل الدقيق مع العناصر الهشة مثل البيض. يوفر Touch معلومات مهمة للاستجابة الانعكاسية الفورية - بحيث يحافظ الشخص على آلياته وأعضائه سليمة.

في النهاية ، وبفضل اللمس ، يتلقى الدماغ معلومات حول بعض خصائص الأشياء - لا يمكن التعرف على هذه الخصائص خلاف ذلك. على سبيل المثال ، النعومة / الصلابة ، المرونة ، الالتصاق ، إلخ. باستخدام هذه البيانات ، يحسب الدماغ الخصائص الأخرى للجسم ، مما يسمح لنا بالتنبؤ بالمستقبل بشكل موثوق ، أي التنبؤ بنتيجة التفاعل مع الكائن.

أهمية اللمس لا يمكن إنكارها. في هذا الصدد ، من المحبط للغاية أن مصممي التركيبات الحيوية لم يجدوا بعد طريقة موثوقة لنقل المعلومات من أجهزة استشعار الأيدي الميكانيكية إلى الدماغ البشري.

حتى الآن ، لا يوجد طرف واحد متاح تجاريًا للأذرع والساقين مجهزًا بأجهزة استشعار تعمل باللمس ، لأنه لا يزال من المستحيل نقل هذه المعلومات إلى شخص في الوقت الحقيقي ، أي بطريقة طبيعية: من خلال النهايات العصبية إلى الدماغ.

هل تتذكر كيف شعر لوك سكاي ووكر بالألم عندما وخزه إبرة في ذراعه الإلكترونية الحديثة؟ بالطبع ، أود أن أجعل مثل هذه التكنولوجيا متاحة ليس فقط للسيث ، ولكن أيضًا للناس العاديين.

لطالما حاول المهندسون حل المشكلة. من الواضح أن التفاعل مع الجهاز العصبي المركزي للشخص مطلوب ، ولم يتم بعد فك تشفير بروتوكوله بالكامل. علينا أن نبحث عن حلول لدمج الهياكل العصبية الحية والهياكل الميكانيكية. الآن هذا هو العلم التطبيقي للهندسة العصبية . وجدت مجموعة من مهندسي الأعصاب من جامعة بيتسبرغ (الولايات المتحدة الأمريكية) حلاً محتملاً لنقل النبضات اللمسية من ذراع ميكانيكية.

حاول المهندسون استبدال الإحساس الطبيعي باللمس بدوافع اصطناعية على أمل أن يتولي الدماغ نفسه إشارة جديدة. يتم تثبيت الأقطاب الكهربائية في القشرة الدماغية ، والتي تحفز مناطق فردية وفقًا لقراءات أجهزة الاستشعار على ذراع ميكانيكية. يشعر الشخص بأنه يشعر وكأنه يلمس شيئًا ما.

تم وصف هذه الظاهرة في العديد من الأوراق العلمية. يبدو أنه تمت ملاحظته لأول مرة في عام 1997 ووصفه في ورقة علمية في مجلة Nature . ثم لاحظ العلماء أن تحفيز أجزاء معينة من القشرة الدماغية يجعل الحيوانات تتفاعل كما لو كانت أطرافها تتحرك. ولكن ما تشعر به الحيوانات بالضبط أثناء تحفيز الدماغ لا يزال غير معروف. في السنوات اللاحقة ، أجريت مثل هذه التجارب على البشر.: أكد المشاركون أنهم يشعرون بمشاعر معينة في الأطراف.

أجرت جامعة بيتسبرغ تجربة مطولة لمدة ستة أشهر على مريض يبلغ من العمر 28 عامًا ، ناثان كوبلاند ، مع إصابة طويلة في الحبل الشوكي. وقع الرجل في عام 2004 في حادث وكسر عنقه.

تم إدخال اثنين من زرع الأعصاب مع شبكة شعرية 60 قطب 2.4 × 4 ملم في الدماغ ناثان. يخرج سلك من الدماغ خارج الرأس ويتصل بوحدة معدنية خارجية تعمل كوصلة.



كان الأصعب العثور على مكان مناسب في القشرة الدماغية لزرع الزرع. قام العلماء لفترة طويلة بدراسة خريطة وظيفية للدماغ ، محاولين تحديد منطقة القشرة التي تتم فيها معالجة الإشارات اللمسية بدقة. بالنسبة لهذا المريض ، الذي لم يلمس أي شيء لمدة 10 سنوات ، اضطر إلى التفكير بنشاط في كيفية لمسه وشعوره بأصابع مختلفة. في الوقت نفسه ، تم أخذ قراءات التصوير بالرنين المغناطيسي.



في النهاية ، تمكن العلماء من عمل خريطة تقريبية لأقسام المنطقة الحسية الجسدية من القشرة المرتبطة بمعالجة المعلومات من كل من الأصابع الثلاثة (الإبهام والسبابة والإصبع الصغير) والنخيل.



تم إدخال الغرسات بدقة بجوار الخلايا العصبية المقابلة ، وتم توصيل المريض بنظام التحفيز الدقيق ، وتطبيق نبضات ضعيفة على الأقطاب الكهربائية ومراقبة التفاعل. قال إنه يشعر بمجموعات مختلفة من الاهتزاز واللمس والضغط والوخز ، كما لو كان في المفاصل وتحت جلد اليد. ومن المثير للاهتمام أن خريطة الأحاسيس لم تتغير لمدة ستة أشهر.

بالنسبة للتجربة العلمية الرئيسية ، تم توصيل وحدة الاتصال بالزرع إلى طرف صناعي ميكانيكي - وتم تسجيل الأحاسيس التي يعاني منها المريض أثناء الإجراءات المختلفة لذراع ميكانيكية. اتضح أن الضغط على الأصابع بشكل صحيح يتعرف عليه في 84 ٪ من الحالات ، وأثناء التدريب - في 100 ٪ من الحالات.


يضغط العلماء بإصبعه عندما يكون المريض معصوب العينين

لقد حاولوا إنشاء واجهة لمسية للأطراف الاصطناعية من قبل. على سبيل المثال ، في إطار برنامج DARPA HAPTIX ، يتم تطوير واجهة عصبية لنقل الإشارات اللمسية من الطرف الاصطناعي إلى الجهاز العصبي. في الأشعة السينية أدناه ، يتم زرع أقطاب كهربائية جراحيًا في الساعد وتوصيلها بأسلاك بجهاز كمبيوتر خارجي. من الناحية المثالية ، تدخل الإشارات الحسية من الطرف الاصطناعي من خلال الواجهة اللمسية إلى الجهاز العصبي المحيطي ، ومن هناك إلى الحبل الشوكي.


يتم زرع الأقطاب جراحيًا في الساعد ويتم توصيلها بجهاز كمبيوتر خارجي

تمكن علماء مشروع HAPTIX من تحقيق نتيجة جيدة في إنشاء واجهة ملموسة. لكنه لا يستطيع مساعدة الأشخاص الذين يعانون من تلف الحبل الشوكي. لكن تطوير مهندسي الأعصاب من جامعة بيتسبرغ يمكن أن يساعد.

قيمة الطريقة الجديدة هي أن المعلومات تنتقل مباشرة إلى الدماغ من اليد ، متجاوزة الحبل الشوكي ، على الرغم من لاسلكيا. وهذا يعطي الأمل لعدد كبير من الأشخاص الذين يعانون من إصابات في النخاع الشوكي. في الولايات المتحدة وحدها ، هناك ما بين 243،000 و 347،000 شخص ، حسب التقديراتالمركز الوطني لإصابات العمود الفقري. إذا كان تقريبًا ، في جميع أنحاء العالم يجب أن يكون هناك عدة ملايين. اعتمادًا على درجة تلف المسارات العصبية ، تختلف التأثيرات في القوة: من فقدان جزئي للإحساس في الأصابع إلى فقدان كامل للقدرة على التحكم في الطرف بأكمله.

بالنسبة للأشخاص الذين يعانون من إصابات في النخاع الشوكي ، فإن زرع جهاز استقبال إشارة في الدماغ هو الأنسب. إنه لأمر مؤسف أن يكون لخريطة دماغ كل شخص خصائصه الخاصة ، لذلك قبل الزرع سيكون عليك إجراء رسم خرائط فردي لمنطقة الحسية الجسدية للقشرة ، أي عدة جلسات تصوير بالرنين المغناطيسي.

لا تزال عملية زرع الدماغ باللمس بحاجة إلى مزيد من التطوير. لا يستطيع حتى المقارنة مع اليد الحية ، وبدلاً من بعض الأحاسيس اللمسية ، يشعر المريض بإحساس بالوخز. لم يتمكن العلماء من التظاهر باللمس من أجزاء معينة من اليد ، على سبيل المثال ، من أطراف الأصابع. ربما يكون من الضروري وضع أقطاب أكثر دقة في القشرة الحسية الجسدية. ربما يجب زيادة عدد الأقطاب الكهربائية.

المادة العلمية التي تصف عملية الزرع المبتكر سيتم نشر 19 أكتوبر 2016 في مجلة علوم الطب بالحركة (دوى: 10.1126 / scitranslmed.aaf8083).

Source: https://habr.com/ru/post/ar398269/