بیمار معلول به لطف رابط بی‌سیم مغز و ستون فقرات می‌تواند دوباره راه برود

گرت جان اوسکام در سال ۲۰۱۱ وقتی در حادثه دوچرخه‌سواری در چین، ستون فقراتش آسیب دید، توانایی راه رفتن را از دست داد. ۶ سال بعد، این مرد هلندی به‌خاطر آرایه کوچکی از الکترودها که بالای نخاعش کاشته شد و پالس‌های الکتریکی تحریک‌کننده عصب را منتقل می‌کرد، توانست چند قدم کوتاه بردارد. این دستگاه به او امکان راه رفتن داد، اما بسیار کند و خسته‌کننده.

اکنون به‌گزارش ساینس، به‌تازگی گروه بین‌المللی از پژوهشگران در مجله نیچر گزارش کرده‌اند که راه‌حل بهتری برای اوسکام پیدا کرده‌اند؛ راهی که به‌صورت دیجیتالی شکاف ارتباطی بین مغز و قسمت پایین بدن او را پر می‌کند.

امواج مغزی تمایل اوسکام برای راه رفتن را از دستگاهی که در جمجمه او کاشته شده است، به محرک نخاعی ارسال می‌کنند، سیگنال را از بافت آسیب‌دیده تغییر مسیر می‌دهد و پالس‌های الکتریکی را به نخاع او تحویل می‌دهد تا او بتواند حرکت کند. اوسکام اکنون می‌تواند روان‌تر راه برود، از موانع عبور کند و از پله‌ها بالا برود.

به‌نظر می‌رسد رابط جدید مغز و ستون فقرات نسبت‌ به روش تحریک به‌تنهایی، بهبود بیشتری را موجب می‌شود. اوسکام که پس از تصادف برخی از اتصالات نخاعی‌اش سالم مانده بود، حتی وقتی دستگاه‌ها خاموش هستند، می‌تواند با استفاده از عصا راه برود. او قبلاً هرگز قادر به انجام این کار نبود. کیت تانسی، متخصص مغز و اعصاب در مرکز توانبخشی متودیست، می‌گوید: «تحریک نخاع و رابط‌های مغزی هر دو در گذشته مورد استفاده قرار گرفته بودند، اما هرگز به این روش با هم ترکیب نشده بودند. از دیدگاه مهندسی زیست‌پزشکی، این شاهکاری واقعی است.» اما او و دیگران ازجمله نویسندگان مطالعه تأکید می‌کنند که باید بدانیم این مطالعه آزمون اجراپذیری ایده با «یک» شرکت‌کننده است و مشخص نیست که آیا افراد دیگری که نخاع آن‌ها آسیب دیده، شاهد همین نتایج خواهند بود یا خیر.

برخی از آسیب‌های فلج‌کننده، نخاع را به‌طور کامل قطع می‌کنند، اما در بیشتر موارد اتصالات آسیب‌دیده بین مغز و پایین بدن باقی می‌ماند. برای دهه‌ها، دانشمندان تلاش کرده‌اند راه‌هایی برای ترمیم این بزرگراه‌های عصبی قطع‌شده پیدا کنند.

مطالعه جدید براساس کار گرگوار کورتین، عصب‌شناس مؤسسه فناوری فدرال سوئیس و جوسلین بلوخ، جراح مغز و اعصاب در دانشگاه لوزان، انجام شده است. این دو همکار در سال ۲۰۱۸ نشان دادند تحریک ستون فقرات به همراه تمرینات فشرده می‌تواند به افراد دچار فلج جزئی کمک کند راه بروند.

اوسکام یکی از سه شرکت‌کننده نخست آن کارآزمایی بود که هرکدام تا حدودی حس بخش پایین بدن خود را بازیابی کردند. سال گذشته، پژوهشگران گزارش کردند تحریک در افراد دچار آسیب‌های شدیدتری که هیچ احساس یا حرکتی در پاهای خود نداشتند نیز مؤثر بوده است.

اما تحریک ستون فقرات دارای معایبی است. برای شروع راه رفتن یا ایستادن، کاربر باید به‌طور دستی مثلاً با فشردن یک دکمه، سیگنال را آغاز کند. اوسکام پس از آسیب‌دیدگی همچنان می‌توانست پاشنه پای خود را بلند کند و حسگر روی پای او می‌توانست این حرکت کوچک را تشخیص دهد و محرک را راه‌اندازی کند. پس از آن، حرکت القاشده رباتیک و خودکار بود و تحت کنترل آگاهانه اوسکام قرار نداشت. دنیس بوربو، مهندس زیست‌پزشکی در مرکز پزشکی امور کهنه‌سربازان لوئیس استوکس کلیولند، می‌گوید تحریک ستون فقرات به این روش تا حدی مانند عروسک‌گردانی است.

اوسکام عملکرد رابط جدید مغز و ستون فقرات را به نمایش می‌گذارد.

اوسکام می‌گوید: «با هر قدم کمی استرس داشتم. باید با ریتم هماهنگ می‌شدم وگرنه نمی‌توانستم به خوبی راه بروم. همچنین بسیاری از حرکاتی که در زندگی روزمره مفید بودند (برای مثال بالا رفتن از پله‌ها) میسر نبودند.»

هدف سیستم جدید این است که فرایند را منسجم‌تر کند. رابط مغز شامل دو آرایه با ۶۴ الکترود است که هرکدام در محفظه‌ای تیتانیومی تعبیه شده‌اند. آرایه‌ها ازطریق جراحی درون جمجمه قرار داده می‌شوند و هریک در یک سمت سر، بالای قشر حرکتی کاشته می‌شود و سیگنال‌های الکتریکی را می‌گیرد. سیگنال‌ها به‌طور بی‌سیم به هدست و سپس به لپ‌تاپی در کوله‌پشتی اوسکام می‌رود و الگوریتم، حرکت موردنظر او را رمزگشایی می‌کند. سپس کامپیوتر این پیش‌بینی‌ها را برای تحریک‌کننده ارسال می‌کند و تحریک‌کننده بسته‌ به حرکت موردنظر، الگوهای مختلفی از پالس‌های الکتریکی را تحویل می‌دهد.

سیستم به‌روزشده اوسکام به او اجازه می‌دهد مفاصل لگن، زانو و مچ پای خود را با دقت بیشتری کنترل کند. پس از ۴۰ جلسه تمرین، او می‌تواند راه برود، بایستد و حتی از پله‌ها بالا برود. به‌ نظر می‌رسد این مزیت‌ها حتی وقتی دستگاه‌ها خاموش می‌شوند، تداوم دارد. این امر نشان می‌دهد ممکن است ارتباط بین مغز و بخش پایین بدن او تقویت شده باشد.

ناندان لاد، جراح مغز و اعصاب در دانشگاه دوک می‌گوید: «هنوز روزهای ابتدایی این فناوری است، اما فکر می‌کنم به‌عنوان آزمون اجراپذیری ایده، قدم بزرگی رو به جلو محسوب می‌شود.» مایکل فهلینگز، جراح مغز و اعصاب در دانشگاه تورنتو می‌گوید نتایج چشمگیر است، اما هنوز مشخص نیست کدام دسته از افرادی که دچار آسیب نخاعی می‌شوند، می‌توانند از این فناوری سود ببرند و آن‌ها تا چه حد می‌توانند عملکرد خود را بازیابی کنند. او می‌گوید: «آزمایش فقط روی یک بیمار انجام شده و احتمالاً بیمار با دقت بسیار بالایی انتخاب شده است.»

علاوه‌بر‌این، ممکن است برخی از بیماران به‌خاطر تهاجمی‌بودن درمان از آن صرف‌نظر کنند. کاشت دستگاه ‌به جراحی مغز باز نیاز دارد که با خطراتی همراه است. درواقع، یکی از ایمپلنت‌های مغز اوسکام به دلیل عفونت پس از حدود ۶ ماه باید برداشته می‌شد.

پژوهشگران می‌گویند گام‌های بعدی آن‌ها کاهش حجم این فناوری خواهد بود. بلوخ و کورتین شرکتی به نام آنوارد را تأسیس کرده‌اند که قصد دارد سیستم کاملاً یکپارچه و کارآمدی را توسعه دهد. این تیم همچنین قصد دارد آزمایش کند که آیا رابط مغز و ستون فقرات می‌تواند به بهبود حرکت قسمت فوقانی بدن بیمارانی که بخش بالای ستون فقرات آن‌ها آسیب دیده است، کمک کند یا نه. فهلینگز مشتاق است نحوه پیشرفت این فناوری را ببیند. او می‌گوید: «این گزارش موردی بسیار جالب و اثر مهندسی زیبایی است، اما نتایج را باید با احتیاط تفسیر کرد.»