بازگرداندن بینایی به افراد نابینا با کمک یک فناوری بی‌سیم

یک گروه پژوهشی به سرپرستی مهندسان “دانشگاه رایس”(Rice University) آمریکا، نوعی فناوری بی‌سیم ابداع کرده‌اند که می‌تواند مدارهای مغزی خاصی را در مگس‌های میوه در عرض یک ثانیه فعال کند.

این گروه پژوهشی متشکل از پژوهشگران دانشگاه رایس، “دانشگاه دوک”(Duke University)، “دانشگاه براون”(Brown University) و “کالج پزشکی بیلور”(BCM)، از سیگنال‌های مغناطیسی برای فعال کردن نورون‌های هدفمند استفاده کردند که موقعیت بدن مگس‌های میوه را که آزادانه در حال حرکت هستند، در یک محفظه کنترل می‌کردند.

“جیکوب رابینسون”(Jacob Robinson)، دانشیار مهندسی برق و رایانه دانشگاه رایس و از اعضای این گروه پژوهشی گفت: برای بررسی مغز یا درمان اختلالات عصبی، جامعه علمی به دنبال فناوری‌هایی است که هم فوق‌العاده دقیق و هم کمتر تهاجمی باشند.

وی افزود: کنترل از راه دور مدارهای عصبی منتخب با کمک میدان‌های مغناطیسی، یک هدف بزرگ برای فناوری‌های عصبی به شمار می‌رود.

پژوهش ما، گام مهمی را به سوی این هدف برمی‌دارد زیرا سرعت کنترل مغناطیسی از راه دور را افزایش می‌دهد و آن را به سرعت طبیعی مغز نزدیک‌تر می‌کند.

رابینسون خاطرنشان کرد که این فناوری جدید، مدارهای عصبی را حدود ۵۰ برابر سریع‌تر از بهترین فناوری‌های پیشین برای تحریک مغناطیسی نورون‌های ژنتیکی فعال می‌کند.

وی افزود: ما در این کار پیشرفت کردیم زیرا “چارلز سبستا”(Charles Sebesta)، پژوهشگر ارشد این پروژه، ایده استفاده از یک کانال یونی جدید را داشت که نسبت به سرعت تغییر دما، حساس بود.

رابینسون ادامه داد: ما با گردهم آوردن متخصصان مهندسی ژنتیک، نانوفناوری و مهندسی برق توانستیم تمام قطعات این پازل را کنار هم قرار دهیم و ثابت کنیم که این ایده کارآیی دارد. این پژوهش، نتیجه تلاش گروهی از دانشمندان در سطح جهانی بود که ما آنقدر خوش‌شانس بودیم تا با آنها کار کنیم.

پژوهشگران از مهندسی ژنتیک برای بیان یک کانال یونی حساس به گرما در نورون‌ها استفاده کردند که باعث می‌شود مگس‌ها تا اندازه‌ای بال‌های خود را باز کنند. این یک حرکت جفت‌گیری رایج است.

سپس پژوهشگران، نانوذرات مغناطیسی را تزریق کردند که می‌توان آنها را با اعمال یک میدان مغناطیسی گرم کرد.

یک دوربین که بالای سر مگس‌ها نصب شده بود، از آنها در حالی که آزادانه در اطراف محفظه‌ای در بالای آهن‌ربای الکتریکی پرسه می‌زدند، فیلم‌برداری می‌کرد.

با تغییر میدان آهن‌ربا به روشی مشخص، پژوهشگران توانستند نانوذرات را گرم کنند و نورون‌ها را فعال سازند.

تجزیه و تحلیل ویدئوی آزمایش‌ها نشان داد که مگس‌ها با تغییرات ژنتیکی، باز کردن بال را حدود نیم ثانیه پس از تغییر میدان مغناطیسی آغاز کردند.

رابینسون گفت: توانایی فعال‌سازی ژنتیکی سلول‌های مورد نظر در زمان‌های دقیق می‌تواند روشی قوی برای مطالعه مغز، درمان بیماری‌ها و توسعه فناوری ارتباط مستقیم مغز و ماشین باشد.

رابینسون، پژوهشگر ارشد پروژه موسوم به “MOANA” است؛ یک پروژه بلندپروازانه برای توسعه فناوری هدست با هدف برقراری ارتباط مغز به مغز بدون جراحی و به صورت بی‌سیم. پروژه MOANA، مخفف عبارت “دسترسی عصبی مغناطیسی، نوری و صوتی”(magnetic, optical and acoustic neural access) است که توسط “آژانس پروژه‌های پژوهشی پیشرفته دفاعی آمریکا” یا “دارپا”(DARPA) برای توسعه فناوری هدستی آغاز شده که هم می‌تواند فعالیت‌های عصبی را در قشر بینایی یک فرد بخواند یا رمزگشایی کند و هم فعالیت مغز یک شخص دیگر را بنویسد یا رمزگذاری کند.

گروه رابینسون در حال کار کردن با هدف بازگرداندن نسبی بینایی به بیماران نابینا هستند. پژوهشگران پروژه MOANA امیدوارند که با تحریک بخش‌هایی از مغز که مرتبط با بینایی هستند، حس بینایی را به بیماران بدهند؛ حتی اگر چشم‌های آنها دیگر کار نکنند.

رابینسون اضافه کرد: هدف بلندمدت این پژوهش، ایجاد روش‌هایی برای فعال کردن مناطق خاصی از مغز در انسان است که اهداف درمانی را بدون نیاز به عمل جراحی دنبال می‌کنند.

برای رسیدن به دقت طبیعی مغز، احتمالا نیاز داریم که پاسخی را تا چند صدم ثانیه دریافت کنیم؛ بنابراین هنوز راه‌هایی در پیش است.

این پژوهش، در مجله “Nature Materials” به چاپ رسید.