هرچه دانش بشر افزونتر مي شود و دستان او به نيروي فن توان بيشتري مي يابد ، دانشمندان را ياراي پوشاندن جامۀ واقعيت بر تن رؤياهاي جاري بر قلم نويسندگان خوش فكر و خيال پرداز داستانهاي علمي- تخيلي نيز فزوني مي گيرد . هنوز زمان زيادي نمي گذرد از آن هنگام كه براي نخستين بار در فيلمهاي سينمايي انسانهايي را به تصوير كشيدند كه در سرشان تراشه هايي كوچك كار گذاشته شده تا انجام كارهاي خارق العاده برايشان ساده و آسان شود . احتمالاً در آينده اي نه چندان دور چنين انسانهايي را به چشم خود خواهيم ديد البته نه در حال پرواز بر فراز برجها و ساختمانهاي بلند كه در كوچه و خيابان و در ميان مردم عادي ، چرا كه آنها قهرمانهاي داستانهاي كودكان نخواهند بود بلكه بيماراني كه پزشكان تراشه هاي سيليكوني در مغزشان كار خواهند گذاشت تا از بيماري هايي مثل آلزايمر نجات يابند . به هر حال بايد منتظر نتايج پژوهشها و آزمايشهاي دانشمندان بمانيم و آنگونه كه از اخبار برمي آيد در گوشه و كنار دنيا موفقيتهايي نيز در اين راه حاصل شده است . اكثر بررسيها و آزمايشهايي كه تا كنون انجام شده ، دربارۀ كاركرد بخشي از مغز به نام ‹‹ هيپوكامپوس›› بوده است ، كه از قرار معلوم وظيفۀ تبديل داده هاي موجود در حافظۀ كوتاه مدت به خاطرات و محفوظات بلند مدت را بر عهده دارد . برخي از بيماريها و صدماتي كه نقصان حافظه و فراموشي و از ياد بردن خاطرات را درپي دارند در اثر آسيب ديدگي همين بخش از مغز عارض مي شوند . هنگامي كه براي كسي حادثۀ ناگواري پيش آيد امكان دارد كه بخشهايي از مغز او از جمله هيپوكامپوس دچار آسيب هايي شده ، در نتيجه با اختلالاتي در قدرت يادآوري خاطرات روبرو شود . دانشمندان مدتها است در اين انديشه اند كه براي درمان يك چنين مشكلاتي راه علاجي بيابند . آنها تلاش خود را بر روي ساخت ابزار مصنوعي جايگزيني براي بازسازي عملكرد هيپوكامپوس معطوف كرده اند . در اين زمينه دست كم از سال 2002 خبرهايي از فعاليتهاي پژوهشگران در دانشگاهها و مؤسسات تحقيقاتي مختلف در رسانه هاي خبري انعكاس يافته است . ممكن است روزي فرا رسد كه تراشه اي كامپيوتري بتواند همۀ وظايف هيپوكامپوس را در مغز عهده دار شود . اين هدفي است كه دكتر ‹‹ تئودور بِرگِر ›› ، استاد مهندسي زيست پزشكي در دانشگاه كاليفرنياي جنوبي در شهر لوس آنجلس ( UCLA ) و مدير مركز ‹‹مهندسي اعصاب²›› آنجا ، در پي تحقق آن است . وي بيش از يك دهه است كه بر سر اين كار وقت صرف كرده است . يكي از انگيزه هاي او درمان بيماري آلزايمر است . اين بيماري نيز انگار كه در مراحل اوليه با كوچك شدن هيپوكامپوس آغاز مي شود . تراشه اي كه دكتر برگر در اين سالها قصد ساخت آن را داشته است شايد در درمان اين بيماري نيز به كار آيد . اما اين تنها بهرۀ ممكن يك چنين ابداعي نخواهد بود بلكه از اين طريق اختلالات گفتاري ناشي از سكته و يا مشكلات حافظۀ بيمار كه در مبتلايان صرع ديده مي شود نيز احتمالاً قابل درمان خواهد بود . در واقع گروه پژوهشي دكتر برگر ، از 6 گروه كوچكتر تشكيل مي شود كه در طي اين مدت در چند آزمايشگاه به كار و تلاش مشغول بوده اند و دانشگاههاي كاليفرنياي جنوبي ، كنتاكي و وِيك فارِست از جمله مؤسساتي هستند كه در اين طرح با هم همكاري كرده اند .

اما نه تنها براي عامۀ مردم كه براي دانشمندان نيز كاركرد مغز و ساختار آن آنقدر پيچيده به نظر مي رسد كه حتي امكان ساخت يك عضو مصنوعي كه تنها بخشي از فعاليتهاي مغز را عهده دار شود نيز بعيد مي نمايد . دكتربرگر و همكارانش براي غلبه بر پيچيدگيهاي مغزانسان قدم به قدم پيش مي روند . روشي كه ايشان در پيش گرفته اند در گام اول بر شكل دادن الگوهايي رياضي براي شبيه سازي روند فرآوري اطلاعات در ياخته هاي عصبي هيپوكامپوس متمركز بوده است . البته ايشان در آغاز كار مطابق معمول ، موشها را براي آزمايش برگزيده اند چراكه عملكرد اين بخش از مغز آنها به عملكرد عضو نظيرش در مغز انسان شبيه است . تلاش ايشان در مرحله دوم با طراحي مداراتي ريز و پيچيده بر مبناي اين الگوهاي رياضي كامل مي شود به نحوي كه كاركرد اين مدارهاي الكتريكي همانند عملكرد هيپوكامپوس از كار دربيايد و آنچه در مرحلۀ سوم بايد محقق شود متصل كردن تراشۀ حامل مدارهاي ريز به بافت زندۀ عصبي و دست آخر به خود مغز است . اخباري كه در سالهاي 2003 و 2004 در برخي سايتهاي خبري شبكۀ اينترنت منتشر شد از حصول موفقيتهايي در طرح پژوهشي دكتر برگر و گروهش حكايت مي كرد . از قرار معلوم آنها دو گام اول و دوم را با موفقيت طي كرده اند اما در مورد مرحلۀ سوم انگار كه هنوز در نيمۀ راه باشند . در 12ام مارس 2003 سايت خبري ‹‹نيوساينتيست›› ، خبري را منتشر نمود با عنوان ‹‹ ساخت نخستين اندام مصنوعي مغزي³›› كه با ذكر برخي جزئيات ، بيش از پيش امكان تحقق اهداف پژوهشگران دانشگاه كاليفرنياي جنوبي را نويد مي داد و در خبري ديگر⁴ آمده بود كه آنان پس از ايجاد الگوهاي رياضي و پياده كردنشان بر روي تراشه هاي كوچك ، عملكرد اين اندام مصنوعي را نسبت به عملكرد بافت زنده نگه داشته شدۀ مغز موش سنجيده اند و جواب آزمايش تا 95 درصد صحت آن را تاييد نموده است اما انگار كه كار هنوز به قرار دادن تراشه بر روي مغز موش زنده و آزمودن آن نرسيده باشد .

براساس آنچه تا كنون در معرض اطلاع عموم قرار داده شده برخي از نكات روش كاري آنها بر ما روشن مي شود ازجمله كه ايشان براي تهيۀ الگوهاي رياضي ، در ابتدا برشهاي نازكي از هيپوكامپوس موش را تهيه مي كردند به شكلي كه امكان زنده نگهداشتن اين لايه هاي جدا شده براي يكي دو روز و در محيط مناسب آزمايشگاهي وجود داشته باشد . سپس با دانستن اينكه هريك از اين لايه هاي نازك در بردارندۀ مدارها و ساختارهاي ريز و طبيعي هيپوكامپوس است به مطالعۀ نحوۀ عملكرد و ارتباطات ياخته هاي عصبي موجود در آن مي پرداختند . دكتر برگر مي گويد : " نورونها اطلاعات را به صورت پالسهايي با فاصله هاي معين ارسال مي كنند كه فاصله هاي متفاوت ميان پالسها مانند علامتهاي مورس دربردارندۀ رمزها و اطلاعات مي باشد ." وقتي كه اين ياخته هاي عصبي الگويي را دريافت مي كنند از خود واكنش نشان داده ، طي فرآيندي الگوي خروجي خاصي را از خود صادر مي كنند . وي در مورد نحوۀ تقليد رفتار ياخته هاي عصبي مي گويد : " ما براساس عملكرد يك نورون در دريافت و پردازش يك علامت ورودي و ارسال علامتي ديگر ، الگوهاي رياضي ايجاد كرده ايم تا بتوانيم آن عملكرد را همانندسازي كنيم . "

با اين اوصاف ، كار يك ياختۀ عصبي سيليكوني اين خواهد بود كه به مانند نوروني كه جايگزين آن مي شود ، با حس كردن ضربانهاي الكتريكي ، پاسخي دهد مشابه آنچه ياخته هاي هيپوكامپوس از خود بيرون مي دهند . در ضمن اين امكان نيز بايد به وجود بيايد كه اين پاسخها از ياخته هاي سيليكوني به بخشهاي زندۀ مغز فرستاده شوند .

 

 

اما الگوهاي رياضي مورد بحث در طي آزمايشهاي مكرري بدست آمده اند به اين ترتيب كه همۀ انواع محتمل پيامهاي الكتريكي ورودي ، از يك سو براي بافت زندۀ برگرفته از مغز ايجاد شده و از سوي ديگر خروجي معادل هريك از آنها ضبط شده است . آنگاه صورت بندي رياضي مبدلي كه آن وروديها را به همان خروجيهاي ضبط شده تبديل كند تهيه شده است . يكي از اساتيد مهندسي پزشكي دانشگاه كاليفرنياي جنوبي ، دكتر برگر را در شكل دادن به اين الگوهاي رياضي ياري داده است . وظيفۀ تبديل الگوهاي رياضي به مدارات روي تراشه هاي الكترونيكي ريز را هم يكي ديگر از همكاران دكتر برگر به نام دكتر ‹‹جان گراناكي⁵›› عهده دار بوده است . وي مي گويد : " اين تراشه ها بر اساس الگوهاي رياضي تعريف شده عمل مي كنند . آنها درست مانند شبكه اي از سلولهاي عصبي هيپوكامپوس رفتار مي كنند . " قصد ايشان در آغاز كار اين بوده كه از تراشه هايي شروع كنند كه توان بازسازي عملكرد 50 تا 100 ياختۀ عصبي را داشته باشند و آنگاه تراشه هايي با توان بيشتر و معادل 10000 ياخته بسازند و نهايتاً كل هيپوكامپوس را شبيه سازي كنند . دكتر ‹‹ساموئل دِدويلر⁶›› ، معاون بخش فيزيولوژي و داروشناسي دانشگاه وِيك فارِست كه او نيز همكار ديگر دكتر برگر بوده است تلاش كرده تا فعاليتهاي هيپوكامپوس مغز موشها را در هنگامي كه مغز آنها در حال به يادآوري چيزي است و حافظه شان فعال است ، ضبط كند . با اين كار وي موفق شده است كه تفاوتهايي را در الگوي فعال شدن ياخته هاي هيپوكامپوس موش شناسايي كند و بر اساس اين تفاوتها بداند كه چه موقع موش يك آموختۀ خود را درست به ياد آورده است و چه موقع نادرست . شايان توجه است كه تا كنون اندامهاي مصنوعي الكترونيكي ، يا به منظور تقويت حواس در كساني كه دچار ضعف يكي از حواس پنجگانۀ خود بويژه حس شنوايي هستند طراحي مي شده و يا براي كمك به كساني بوده كه مشكلات حركتي دارند و يا فلج اندامها توانايي حركت را از ايشان سلب كرده است . در اين قبيل موارد با اندامهاي مصنوعي و ابزارهاي كمكي اين امكان برايشان فراهم مي آيد كه تكانه ها و پيامهاي الكتريكي مغزشان به حركت مكانيكي تبديل شود . اما كاري كه گروه پژوهشي دكتر برگر سرگرم آن هستند به كل متفاوت است . ايشان در واقع با كارگذاشتن اندام مصنوعي طراحي شدۀ خود ، در عملكرد ادراك مغز دخالت خواهند كرد .

به مانند هر تلاش ديگري كه دانشمندان در شبيه سازي عملكردهاي مغزي و فكري انسان انجام مي دهند ، اين بار هم مخالفتهايي از جانب اخلاق گرايان ابراز شده است . ‹‹جُئِل اَندِرسُن⁷›› از دانشگاه واشنگتن در ايالت ميسوري آمريكا ، از اين جمله است ؛ وي گمان مي كند كه يك چنين ابزاري تنها برروي حافظه تاثير ندارد بلكه شخصيت و آگاهي و هوشياري فرد را نيز تحت تاثير قرار مي دهد . چيزهايي كه همه از اجزاي تشكيل دهندۀ هويت يك انسان به شمار مي روند .

به هر حال دانشمندان آرزوهاي بزرگتري در سر مي پرورانند . آنها هيپوكامپوس را به عنوان شروع كار برگزيده اند و آن را سرآغاز ورود بشر به عرصۀ شناخت همه جانبۀ كاركردهاي مغز و دخل و تصرف در آن مي دانند . البته بايد توجه داشت كه هيپوكامپوس منظم ترين و خط كشي شده ترين بخش مغز است و تا كنون نيز نسبت به ساير اجزاي مغز بيشتر روي آن مطالعه شده است . اگر اين بخش مغز انسان از كار بيفتد عملاً ديگر هيچ رويدادي در مغز انسان به خاطره تبديل نخواهد شد و ياد او تنها قادر به نگهداري كوتاه مدت اطلاعات خواهد بود . يك چنين وضعي همانند فيلم علمي-تخيلي ‹‹ مِمِنتو ›› محصول سال 2000 است كه قهرمان آن براي به خاطر سپردن هركاري مجبور بود براي خود نشانه اي و يادداشتي حتي روي بدنش خال كوبي كند تا در آينده قادر به يادآوري آن باشد .

    و اما در منزلگاه اينترنتي ‹‹ سايِنس ديلي ›› ، به نقل از نسخۀ اينترنتي نشريۀ ‹‹ نوروفيزيولوژي ›› به تاريخ 10ام ماه مي 2006 دربارۀ گروه ديگري از دانشمندان به سرپرستي ‹‹ پيتر فُرمهِرتز⁸ ›› در مؤسسۀ ‹‹ ماكس پلانك ›› در حوالي شهر مونيخ آلمان ، خبري آمده است مبني بر موفقيت اين گروه در ايجاد اتصال ميان يك تراشۀ كامپيوتري ، با بافت زندۀ مغز موش . ظاهراً اهدافي كه ايشان در اين پژوهش دنبال مي كنند از قبيل فراهم آوردن امكان بررسي آثار مواد دارويي برروي فعاليت نورونها و يا انجام هرگونه مطالعات ديگري در مورد نحوۀ كاركرد سلولهاي مغزي است ، اما به هر حال روش كار آنها مشابهتهايي با روش كار دكتر برگر دارد از جمله ايشان نيز برشهايي از هيپوكامپوس مغز موش را تهيه كرده اند و آن را برروي تراشه هايي كه روي آنها پر از ترانزيستورهاي حسگر است ، كاشته اند . تراكم اين قطعات ريز برروي هر تراشه به اندازۀ 16348 عدد در هر ميليمتر مربع است و به طور متوسط در هر مربعي به ضلع 10 ميكرون 1.6 ترانزيستور قرار مي گيرد و تقريباً به هر ياختۀ عصبي يك ترانزيستور مي رسد . كار اين ترانزيستورهاي حسگر ، ثبت فعاليت الكتريكي نورونها است به اين ترتيب كه پس از تحريك شدن ياخته هاي عصبي ، جريانهاي الكتريكي ظريفي در محل پيوند ياخته هاي عصبي ( يا سيناپسها ) ايجاد مي شود ، كه ترانزيستورها همين جريانها را دريافت و ثبت مي كنند . با اين روش آنها توانسته اند با دقت بيشتري نسبت به روشهاي پيشين ، فعاليت و در واقع ارتباطات دروني يك تودۀ زنده از ياخته هاي عصبي را مشاهده كرده و از رهاورد آن به بررسي تاثير تركيبات دارويي بر شبكۀ ياخته هاي عصبي بپردازند .

 

 

درهر حال دانشمندان سخت در تلاشند تا به درون هزارتوي پيچ در پيچ مغز كه شايد آخرين پناهگاه تسخيرنشدۀ دانش شناخت انسان باشد ، نفوذ كنند و به زواياي پنهان آن دست يابند و دير يا زود در اين كار توفيق خواهند يافت . بسيار ممكن خواهد بود كه اين خود سرآغازي باشد بر فصلي نو در تاريخ زندگي بشر چراكه دنياي آينده برپايۀ فن آوري تركيب پيكرهاي زنده و دستگاههاي ساختۀ دست بشر بنا خواهد شد ؛ دنيايي كه در آن انسانها از ذهن هايي توسعه يافته با كارايي بسيار بيشتر از ذهن امروزي ما برخوردار خواهند بود .

 

 

پي نوشتها :

1.    اين مطلب برگرفته از چند منزلگاه اينترنتي به نشاني هاي زير است :

http://tech2.nytimes.com

http://www.wired.com

http://www.newscientist.com

http://www.sciencedaily.com

2.    Neural Engineering ، رشته اي تازه است كه بر مبناي چند رشتۀ گوناگون علمي پا گرفته و كار آن شناخت و دخل و تصرف در عملكرد دستگاه عصبي است .

3.    نشاني اين خبر به قرار زير است :

 http://www.newscientist.com/article.ns?id=dn3488

4.    نشاني اين خبر به قرار زير است :

http://www.wired.com/news/medtech/1,65422-0.html

 

5.    John J. Granacki ؛

6.    Samuel A. Deadwyler ؛

7.    Joel Anderson ؛

8.    Peter Formherz ؛

به بالای صفحه بازگردید