(( مشتاقان حرکت ))
و این نخستین بار است که یک بیمار فلج میتواند تنها با ارادۀ ذهنی ، یک بازوی مصنوعی را بهحرکت درآورد ...
این مقاله در شمارۀ پیاپی 524 ، خردادماه 1386 ماهنامۀ دانشمند نیز بهچاپ رسیده است .
ترجمه و توضیح از : فرزین آقازاده
 |
 |
 |
 |
 |
امید از پس ناامیدی ...
"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 باهم آوازی سردادهاند که نوای آن بهگوش ما مثل خِشخِشِ رادیو بهوقت تنظیم موج آن میآید . در این شلوغ پلوغی یک دفعه صدای پاپّ ِ بلندی شنیده میشود ... و دوباره و دوباره ... واقعاً که چه معرکهای است! ... "
مغزی که سروصدای آن بهگوش میرسد ، ازآن ِ 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 سالونیم 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»1 جوان 25سالهای است که روزی ستارۀ تیم فوتبال دبیرستان خود در شهر «وِیمُث»2 ایالت ماساچوست آمریکا بود و اکنون بیحس و ناتوان روی یک صندلی افتاده و درآرزوی 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 کارگذاشتهاند که حدود نیم اینچ برآمدگی ایجاد کردهاست و از آن بهنحوی که درادامه خواهد آمد برای کمک به «متیو» استفاده میکنند .
اما روز چهارم جولای سال 2001 ، 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 کاراگاه پلیس است . همانشب از ادارۀ پلیس با او تماس گرفتند و گفتند پسرش درحال 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 ازدست 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 شایدکه 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 چندردیف 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 بسیارریزِ 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 عضو قطع شده 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 بهوجود آورد که انگار دارد دست خود را حرکت میدهد و او چنین میکند . این کار موجب برانگیختگی یاختههای عصبی مربوطه در بخش حرکتیِ قشرِمخ 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 شوند ؛ رایانه مطابق پیام دریافتی ، اندام مصنوعی را وامیدارد که انگشتهای شست و اشارهاش را بازوبسته کند .
منافع بهکاربردن چنین روشی برای کسانی چون نگل که دراثر 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 خبر شاید آنانکه 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»3 و جشن قهرمانی آنان در مسابقات جهانی سال 2004 ، و انگار که گرمی خاطرات گذشته و علاقهمندیهای امروزش باهم 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 بهاندازۀ 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 بهنوعی سدشکن محسوب میشود ، بدونشک 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 یکجور 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»4 ، دانشمند علومِاعصاب از دانشگاه «براون»5 ، 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»6 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»7 در طرحهای تحقیقاتی است . او میگوید : "بسیار هیجانانگیز و امیدوار کننده 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 ؛ آنجا که میلیاردها یاختۀ عصبی ممکن است همگی در یک لحظه فعال شوند و هزاران میلیارد ارتباط میان آنها برقرار شود . مشکل دیگر این است که هنوز کاشت قطعات و حسگرها در مغز ، مرحلهای تعیین کننده و دشوار بهشمار می رود . آنانکه با «سنگِ رُزِتا»8 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 روزتای 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 ...
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»9 چنین کاری را بر روی مغز بیمارانش انجام داد . او که متخصص علومِاعصاب است ، در اواخر دهۀ 1990 میلادی این فناوری بدیع را بنیاد نهاد . او تنها دو الکترود شیشهای در مغز میکاشت و طبیعی است که درمقام مقایسه با مجموعۀ چندینالکترودی 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 مغزی10» دانست . این وسیله برای هرکس که به نوعی دچار ناتوانیِ حرکتی شده باشد ، میتواند مفید واقع شود . مثلاً کسانی که درپیِ سکته ، و یا ابتلا به «کاهیدگیِعضلانیِ ناشیاز تصلبِاعصابِنخاعی»11 ( یا همان «بیماریِ لوگِریگ»12 ) تواناییهای خود را از دست میدهند میتوانند برای بازیابی تمام یا قدری از قدرتهای از دسترفتۀ 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 «سایبِرکینـِـتیکس»13 نام دارد ، در ماه می 2001 تأسیس شده و کار بر روی دریچههای مغزی را ازهمان زمان شروع کرده است . این شرکت تاکنون*10 میلیون دلار صرف طرح خود کرده است و برای مدت پنج سالی که احتمالاً به طول خواهد انجامید تا کار به سرانجام رسد نیز به حدود 40 تا 50 میلیون دلار دیگر نیاز دارد . نهایتاً این وسیله باید با کارایی مطلوب و کارکرد آسان و تا حدودی خودکار و بیسیم بهدست 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 فرمانشناسی14 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 ديگر چه ميگويند ؟
نظر دانشمندان درباب آيندۀ اين كار گوناگون است . برخي از ايشان مردّدند و «اندرو شوارتز»15 ازآن جمله است . او درعين حال كه احتمال موفقيت روش نوين داناهيو و يارانش را بسيار ميداند ، برآن خردههايي نيز ميگيرد . وي از دانشمندان علومِاعصاب در دانشگاه «پيتسبورگ»16 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 دررایانه ثبت میکنند تاچهحد درست و کاملاند؟ " او گمان میکند که اگر قرار باشد این وسیله برای کسانی بهکار رود که بهکل از حرکت بازایستادهاند و حتی توان سخنگفتن و مژهزدن هم ندارند ، پس باید که کارهای بیشتری بتوان بهکمک آن انجام داد و بازیکردن با رایانه و ایمیلخواندن و شبکه عوض کردن 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 بهکمک همین دو تواناییِ بهظاهر كماهميت کارهای بسیار زیادی را برای بیمار انجام میدهند . البته «شوارتز» مرد عمل است و اين نكتهها را صرف بهانهجويي نميگويد . او خود در آزمايشگاهش يك دستگاه «ارتباط مغز- رايانه» را برروي ميمونها ميآزمايد كه بازويي دارد و اين بازو بهچابكي و آزادانه حرکت میکند و قابليت حركت سهبعدي دارد .
«ميگوئل نيكُلـِليس»17 نیز متخصص علوم اعصاب است و از «دريچههاي مغزي» ِ شركتِ «سايبركينـِـتيكس» ايرادهایی ميگيرد و كار ايشان را مخاطرهآميز ميداند . وي ميگويد "اندامهاي مصنوعي ديگري هم ساخته شده كه همين كارها را بكند . اگر قرار بر انجام جراحي و كاشت مغزي است پس آدم فرآيند بسيار كاملتري را توقع دارد . من فكر ميكنم آنها يكي- دو مرحلۀ مقدماتی را از قلم انداختهاند و يكدفعه به سراغ جراحي روي مغز انسان رفتهاند ." بهگمان او بافت زندۀ مغز ممكن است الكترودها را كمكم از كار بياندازد و مجبورمان کند كاشت مغزي را هر چندوقت از نو تكرار كنيم و يا شاید دراثر عوارضی ازقبیل عفونتِ احتماليِ پسازجراحي ، آسیبهای جبرانناپذیری بهبارآید .
او نيز خود طرحي دردست دارد كه حسگرهايي را براي مغز انسان آماده كند ، اما فعلاً بهصرفِ كارهاي تحقيقاتي و آزمايشگاهي بسنده ميكند و دركارش بسيار احتياط به خرج ميدهد . او قدري مشكوك است و وسواس به خرج ميدهد كه نكند شركت «سايبركينــتيكس» براي رسيدن به اهداف مالي ، در حصول به بهترين و بيخطرترين نتايج ممكن براي کمک به بيماران و نيازمندان ، قصور كرده باشد ...
درمقابل هستند بسياري از دانشمندان كه حامي و طرفدار فعاليتهاي تحت رهبري «داناهيو» باشند . «ريچارد اندرسُن» ، از دانشمندان پيشتاز در علوم اعصاب در «مؤسسۀ فنّاوري كاليفرنيا»18 ، از آن جمله است . او هم قرار است چنين درونكاشتي19 را در مورد انسان در بوتۀ آزمايش آورد . بهنظر او "ديگر وقت آن رسيده كه اين آزمايش را برروي انسانها انجام دهيم ." «بيل هيتدِركس»20 نيز كسي است كه در يكي از نهادهاي دولتي ايالات متحده ، تا سال 2003 عهدهدار نظارت بر چنين طرحهايي بوده و منابع مالي لازم را او براي «داناهيو» و برخي ديگر تصويب كرده است . او تصریح میکند كه سلامت و ايمني طرح آزمايشي شركت «سايبركينــتيكس» مورد تأييد سازمان اِفدياِي ميباشد . او نكتۀ مهمي را نيز خاطرنشان ميسازد ؛ اینكه درنتيجۀ آزمايشهاي «داناهيو» به يك پرسش اساسي پاسخ داده شده است ، پرسشی که
با آزمايش برروي جانوران نميتوانستيم پاسخروشن و قاطعي برايآن بيابيم :
" اگر انسانی دچار فلج شده باشد ، پس از مدتی طولانی که برهمین وضع بماند ، آیا بازهم 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 ؛ باوجوداین قبول دارد که «نگل» هنوز قابلیتهای کاملی کسب نکردهاست .
و در این میان خود «نگل» را نباید از قلم انداخت . او درجوابِ مخالفان و منتقدان میگوید : "کدومِ 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 بهراستی چه میخواهد :
"من میخوام دوباره راه برم ؛ یا دستِکم بتونم صندلی چرخدارم رو خودم هدایت کنم ... برای من این گام ، گامِ اولّه و حتماً راه خودم رو ادامه میدم."
"من فکر میکنم اونا بهپول 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 ، باهمۀ 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 براین باورند که این کار باعث میشود دادههایی بیشتر در زمانی کوتاهتر جمعآوری شود . ولی گروهی دیگر به روشهایی بهجز از کاشت مغزی متوسل میشوند اما درهرصورت همگی درفکر 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 خیزشهای21 الکتریکی شکل میگیرد . برخی از متخصصان علوم اعصاب برای پایش این خیزشهای الکتریکی و خوانش آنها از مغزنگاری الکتریکی ( یا الکترواِنسِفالوگرافی ) استفاده میکنند و بدینوسیله میتوانند محدودۀ وسیعتر و ژرفتری از مغز را زیرنظر بگیرند و درضمن نیازی هم به عملِجراحی 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 بهروش کاشت الکترود درمغز ، میتوان خیزشهای الکتریکی مغز را بادقتِتمام ثبت نمود .
هریک از خیزشهایی که از آنها یادکردیم دراصل
اوجگیری یک موج یا نوسان الکتریکی است که در غشای یاختههای عصبی رخ میدهد . این نوسانها را عموماً با عنوان «پتانسیلِ فعال»22 یاد میکنیم . هنگامیکه یکچنین نوسانی رخ میدهد ، میتوان گفت که آن یاختۀ عصبی فعال شده23 یا به عبارتی تپیده و درنتیجه ازخود نشانکی بیرون فرستاده است . وقتی «نگل» با دستگاه خود کار میکند ، بر روی صفحه نمایش مخصوص کارشناس نمودارهای چندین «پتانسیل فعال» ، ردیفِ هم دیده میشوند که درطولِ 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 درمغز او فعال می شود 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 درهمان 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 آرام»24 میتوان نامید . این پتانسیل از تجمع 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 دوسوی غشا میتوانند این پتانسیل آرام را برهم زنند و همان نوسانی را بهوجود آورند که از آن یاد کردیم . درطی این نوسان ، پتانسیل منفی 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 کار 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 20 تا 200 با 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 هریاخته درمغز است ؛ یعنی بسته به اینکه آن یاخته در کجای مغز قرار گرفته باشد ، پیامهای آن کاربرد خاصی پیدا میکند و آن یاخته در انجامِ وظایف بخصوص تخصص یافته ، آنها را عهدهدار میشود . 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 ؛ ازجمله 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 دریچۀمغزی «نگل» همکاری داشته بهنام «هاتسُپولُس»25 میگوید :"درک چگونگی همکاری یاختههای عصبی مغز برای فعالیتهای حرکتی نسبتاً کار سادهای است . درپیِ 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 بهمیان 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 بهنظر 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 بهنظر میرسد این است که یاختههای عصبی مغز ، اگرهم 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» بهدست وی انجام یافته است . او پیش از آن جراحیهای مشابهی را نیز تجربه کرده بود که مثلاً برروی بیماران مبتلا به پارکینسُن انجام میداد . او برجمجمۀ متیوی بیهوش ، درست برروی آن قسمتی از مغزِ او که دست چپش را هدایت میکند ، حفرۀ کوچکی ایجاد نمود و آنگاه بهکمک 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 ، بهدرون جمجمه فروکرد و آنگاه قطعۀ گرد بریده شده از جمجمه را سر جایش بازگرداند . کل جراحی حدود 4 ساعت بهطول انجامید . آنگاه 6 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 2004 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 بهسمت چپ حرکت دهد ، آن نمودارها نیز به بالا و پایین نوسان پیدامیکردند و اشارهگر رایانه که واقعاً به سوی چپ حرکت میکرد و صدای نگل 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 . بهقول «داناهیو» کار او مثل تلاش کودکی بود که برای بار نخست سوار دوچرخه میشود . اولِکار قدری کجوکوله راه میرود و کارش سخت است اما یکدفعه میبیند که انگار در حال دوچرخه سواری است و بر آن مسلط شده است . بهنظر «داناهیو» نکتۀ مهمِ این یادگیری برای «نگل» درآن 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 جابجا کند . او مثل هرکاربر دیگری که با رایانه کارمیکند میتواند خیلی ساده فقط به جابجا کردن اشارهگر بیاندیشد نه به حرکت دادن دستش.
ارزش روشی که بر روی «نگل» آزموده شده زمانی روشن میشود که نگاهی بیندازیم بر بیمارانی که در مرکزی همانند «بیمارستان توانبخشی اسپالدینگ»26 با چه سعی و تلاشی میخواهند به هر قیمت که شده ، بازهم بتوانند به دنیای پر حرکت دیگران نزدیک شوند . آنها از هر ذرهای از توان حرکت که برایشان باقی مانده کمک میگیرند تا به رایانهها و یا دستگاههای دیگر 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 دیگر بهیاری زبان خود میخواهند فرمان دستگاه را در اختیار خود درآورند . حتی کسانیکه دیگر هیچکدام از اینها برایشان مقدور نیست با استفاده از دستگاهی که حرکات ظریف مردمک چشم آنها را میتواند ردیابی کند ، سعی میکنند با رایانه ارتباط بر قرار کنند و همۀ ایشان در آرزوی کسب قدری 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»27 است . وی کارشناس رایانه است و نقش او در این کار تدارک الگوریتمهایی اصلاح شده و تکمیل شدهتر 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 زمانی را که یاختهای خاموش است بیان میکند و پس از آن به ترتیب رنگهای بنفش و نارنجی فعال شدن هرچه بیشتر آن را و آنگاه رنگ قرمز ، نشاندهندۀ زمانی است که یاخته کاملاً فعال شده و پیاپی خیزشهای الکتریکی در آن رخ میدهد . هر یاخته ، به هنگام یک حرکتِ جسمیِ بخصوص فعال میشود . مثلاً در نمودار یکی از یاختهها میتوان دید که زمینۀ تصویر آبی است و در گوشۀ بالا سمت راست ، تکّهای بهرنگ 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 بهمیان 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 بهکمک «متیو نگل» ، نمونههای جمعوجورتری بسازند که کاربری آنها نیز آسانتر باشد . مثلاً آن پایۀ تیتانیومی را و یا آن سختافزار پر حجم و دست و پا گیر 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 تارِنوری 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 چشم به راه رسیدن این زاییدۀ دانش و آفرینش دانشمندان باشیم تا بیاید و 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 لحظه لحظۀ عمرش آرام و قرارش را از او گرفته است .
*زمان نگارش این متن ماه مارس سال 2005 میلادی است .
پینوشتها :
1 – Matthew Nagle ؛
2 – Weymouth ؛
3 – Boston Red Sox ؛
4 – John Donoghue ؛
5 – Brown ؛
6 – Leigh Hochberg ؛
7 – Food and Drug Administration ؛
8 – Rosetta stone ؛
9 – Philip Kennedy ؛
10 – Braingate ؛
11 – Amyotrophic Lateral Sclerosis ( ALS ) ؛
12 – Lou Gehrig's disease ؛
13 – Cyberkinetics ؛
14 – Cybernetics ؛
15 – Andrew Schwartz ؛
16 – Pittsburgh ؛
17 – Miguel Nicolelis ؛
18 – California Institute of Technology ؛
19 – Implanting ؛
20 – Bill Heetderks ؛
21 – Spike ؛
22 – Action Potential ؛
23 – در زبان انگلیسی برای نامیدن این کنشِ یاختههای عصبی از مصدر «To Fire» استفاده میکنند .
24 – Resting Potential ؛
25 – Nicholas Hatsopoulos ؛
26 – Spaulding Rehabilitation Hospital ؛
27 – Michael Black ؛
