کنترل دست‌های مصنوعی با سیگنال‌های مغزی

به گزارش خبرگزاری ایمنا، پروتزهای عصبی از دهه‌های گذشته موضوع پژوهش‌های گسترده‌ای بوده‌اند. این ابزارهای پزشکی با هدف بازگرداندن توانایی حرکت به افراد دارای معلولیت یا بیماری‌هایی مانند فلج چهاراندام و بیماری اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) توسعه یافته‌اند. پروتزهای عصبی دست و بازو از طریق رابط‌های مغز و رایانه کار می‌کنند؛ این رابط‌ها سیگنال‌های مغزی را رمزگشایی کرده و به حرکات ترجمه می‌کنند.

تا کنون یکی از چالش‌های اصلی در این حوزه، ضعف مهارت‌های حرکتی ظریف در پروتزهای دست بوده است. دست‌های مصنوعی که به افراد دارای معلولیت کمک می‌کنند، اغلب در انجام حرکات دقیق و پیچیده نظیر گرفتن اشیای کوچک یا کشیدن نخ در سوزن با مشکل مواجه بوده‌اند. این ناتوانی در کنترل دقیق حرکات دست موجب محدودیت استفاده از پروتزها در زندگی روزمره بیماران شده است.

در این مطالعه جدیدی، محققان تلاش کردند تا از رویکرد متفاوتی برای بهبود دقت پروتزهای عصبی استفاده کنند. به جای تمرکز بر سیگنال‌هایی که سرعت حرکت دست را کنترل می‌کنند، آن‌ها سیگنال‌های عصبی مربوط به وضعیت‌های مختلف دست را بررسی کردند. این سیگنال‌ها نشان می‌دهند که دست در چه حالتی قرار دارد، مثلاً باز یا بسته است یا انگشتان در چه موقعیتی قرار دارند.

این پروتکل آموزشی جدید، که در آزمایش‌های انجام‌شده بر روی دو میمون رزوس آزمایش شد، برای اولین بار نشان داد که استفاده از این سیگنال‌ها می‌تواند کنترل دقیق‌تری بر پروتزهای دست ارائه دهد.

میمون‌های رزوس به دلیل داشتن سیستم عصبی و حرکتی بسیار پیشرفته، گزینه‌ای مناسب برای تحقیقاتی از این دست هستند. در این مطالعه، دو میمون رزوس به‌طور ویژه آموزش دیدند تا یک دست آواتار مجازی را روی صفحه نمایش حرکت دهند. در مرحله نخست، میمون‌ها با استفاده از دست خود، حرکات را انجام می‌دادند و هم‌زمان حرکت‌های مشابهی را در دست مجازی مشاهده می‌کردند.

محققان از حسگرهای مغناطیسی برای ثبت حرکات دقیق دست میمون‌ها استفاده کردند. این حسگرها اطلاعات لازم را درباره موقعیت و وضعیت دست به سیستم رایانه‌ای ارسال کردند. سپس، در مرحله بعدی، میمون‌ها آموزش دیدند که تنها با تصور کردن حرکت دست، کنترل دست مجازی را در اختیار داشته باشند. این فرآیند از طریق رابط مغز و رایانه صورت گرفت، که داده‌های عصبی را از نورون‌های قشر مغز میمون‌ها دریافت کرده و به حرکات دست مجازی ترجمه می‌کرد.

این پروتکل جدید نه تنها نشان داد که می‌توان از سیگنال‌های عصبی مرتبط با وضعیت دست برای کنترل پروتزها استفاده کرد، بلکه توانست مهارت‌های حرکتی ظریف را نیز به‌طور قابل ملاحظه‌ای بهبود بخشد. یافته‌های این تحقیق می‌تواند زمینه‌ساز توسعه نسل جدیدی از پروتزهای عصبی باشد که با دقت بیشتر، افراد دارای معلولیت را در زندگی روزمره یاری کنند.

به گفته آن درس آگودلو تورو، اولین نویسنده این مطالعه و دانشمند آزمایشگاه نوروبیولوژی مرکز نخستی‌های آلمان، «اینکه یک پروتز چقدر خوب کار می‌کند، به داده‌های عصبی دریافتی از رابط رایانه‌ای که آن را کنترل می‌کند، بستگی دارد. مطالعه ما نشان داد که سیگنال‌های وضعیت دست بهتر از سیگنال‌های مربوط به سرعت حرکت می‌توانند برای کنترل دقیق‌تر پروتزها به کار روند.»

نتایج این تحقیق، گامی بزرگ به سوی استفاده از پروتزهای عصبی در زندگی روزمره افراد دارای معلولیت است. با بهبود دقت و کارایی این پروتزها، افراد فلج می‌توانند به‌طور مستقل‌تری زندگی کنند و کارهای روزمره‌ای که پیش‌تر برایشان غیرممکن بود را با کمک پروتزهای عصبی انجام دهند.

پیشرفت در این حوزه همچنین می‌تواند راه را برای توسعه پروتزهای دیگری همچون پاهای مصنوعی هموار کند که بتوانند به بازگشت تحرک و عملکرد طبیعی بدن کمک کنند. این گام‌های مهم در علوم پزشکی و فناوری، چشم‌انداز روشنی را برای آینده بیماران معلول و نیازمند به پروتزهای عصبی به ارمغان می‌آورند.