بازیابی بینایی فردی نابینا به کمک کاشت مغزی

یک پروتز بینایی که مستقیماً در مغز کاشته شد، به یک زن نابینا اجازه داد تا پس از ۱۶ سال برای اولین‌بار اشکال و حروف دو بعدی را درک کند.

پژوهش‌گران آمریکایی به تازگی نتایج این پیشرفت خارق‌العاده در پروتز‌های بینایی را منتشر کرده‌اند و یافته‌هایی را ارائه کرده‌اند که می‌تواند به افراد نابینا کمک کند تا دوباره ببینند.

برنا گومز در سن ۴۲ سالگی دچار نوروپاتی نوری سمی شد. نوروپاتی نوری سمی، یک وضعیت پزشکی به شدت آسیب زن است که به سرعت اعصاب بینایی که چشم‌ها را به مغز متصل می‌کنند، از بین می‌برد.

تنها چند روز پس از بروز این اختلال، چهره دو فرزند گومز و همسرش در تاریکی محو شده بود و شغل او به عنوان معلم علوم به پایان غیرمنتظره‌ای رسیده بود.

سپس در سال ۲۰۱۸ در سن ۵۷ سالگی، گومز تصمیم شجاعانه‌ای گرفت. او داوطلب شد تا اولین کسی باشد که یک الکترود کوچک با صد میکروسوزن در ناحیه بینایی مغزش کاشته می‌شود. نمونه اولیه این الکترود به اندازه یک سکه کوچک بود (تقریباً ۴ میلی‌متر در ۴ میلی‌متر) و پس از شش ماه دوباره از مغز خارج می‌شد.

برخلاف ایمپلنت‌های شبکیه که به عنوان ابزاری برای استفاده مصنوعی از نور برای تحریک اعصاب خروجی شبکیه مورد بررسی قرار می‌گیرند، این دستگاه خاص که به نام پروتز موران/کورتیویس شناخته می‌شود، چشم و عصب بینایی را به طور کامل دور می‌زند و مستقیماً به منبع ادراک بصری می‌رود.

پس از انجام عمل جراحی مغز و اعصاب برای کاشت دستگاه در اسپانیا، گومز شش ماه بعد از عمل را هر روز به مدت چهار ساعت به آزمایشگاه رفت تا تحت آزمایشات و آموزش پروتز جدید قرار گیرد.

گومز پس از نابینا شدن، یک‌سری نقاط نوری ریز را در ذهن خود می‌دید که به اندازه‌ی نوک سوزن بودند. حدود دو ماه پس از انجام عمل و اجرای آزمایشات، او توانست بین نقاط نوری ریزی که همیشه در ذهن خود می‌دید و نورهایی که به کمک پروتز دیده می‌شدند، تمایز قائل شود.

هنگامی که او توانست این کار را انجام دهد، پژوهش‌گران توانستند چالش‌های بصری واقعی را به او ارائه دهند. هنگامی که یک الکترود در پروتز او تحریک شد، گومز گزارش داد که نوری را دیده است که به نام فسفن شناخته می‌شود. بسته به قدرت تحریک، نقطه نور می‌تواند روشن‌تر یا محو‌تر، رنگ سفید یا بیشتر رنگ قهوه‌ای باشد.

زمانی که بیش از دو الکترود به طور هم‌زمان تحریک شدند، درک لکه‌های نور برای گومز آسان‌تر شد. برخی از الگو‌های تحریک مانند نقاط، نزدیک به هم به نظر می‌رسیدند؛ در حالی‌که برخی دیگر بیشتر شبیه خطوط افقی بودند.

گومز در سال ۲۰۱۸ با مشاهده یک خط سفید در مغزش فریاد زد: من می‌توانم چیزی ببینم!

القای خطوط عمودی برای پژوهش‌گران سخت‌ترین بود؛ اما گومز در پایان آموزش توانست به درستی بین الگو‌های افقی و عمودی با دقت ۱۰۰ درصد تمایز قائل شود.

نویسندگان مقاله می‌گویند که علاوه بر این، گومز گزارش داد که وقتی فاصله بین الکترود‌های محرک را افزایش دادیم، ادراکات دارای اشکال درازتری بودند. این نشان می‌دهد که اندازه و ظاهر فسفن نه تنها تابعی از تعداد الکترود‌هایی است که تحریک می‌شوند، بلکه همچنین تابعی از توزیع فضایی آن‌ها است.

با توجه به این نتایج امیدوارکننده، ماه آخر آزمایش به بررسی این‌که آیا گومز می‌تواند حروف را با پروتز خود ببیند یا خیر، اختصاص یافت.

هنگامی که حداکثر ۱۶ الکترود به طور هم‌زمان در الگو‌های مختلف تحریک می‌شدند، گومز می‌توانست با اطمینان برخی از حروف مانند I ،L ،C ،V و O را شناسایی کند. او حتی می‌توانست بین O بزرگ و کوچک تفاوت قائل شود.

الگو‌های تحریک مورد نیاز برای بقیه الفبا هنوز ناشناخته است؛ اما یافته‌ها نشان می‌دهند روشی که دانشمندان با استفاده از آن نورون‌ها را با الکترود‌های مغز تحریک می‌کنند، می‌تواند تصاویر دو بعدی ایجاد کند.

آخرین بخش آزمایش، شامل استفاده گومز از عینک مخصوص بود که روی آن یک دوربین فیلمبرداری بسیار کوچک تعبیه شده بود. این دوربین اشیاء روبه‌روی او را اسکن می‌کرد و سپس ترکیبات مختلفی از الکترود‌ها را از طریق پروتز در مغز او تحریک می‌کرد و در نتیجه تصاویر بصری ساده‌ای ایجاد می‌کرد.

این عینک در نهایت به گومز اجازه داد تا بین مرز‌های متضاد نوار‌های سیاه و سفید روی مقوا تمایز قائل شود. او حتی می‌توانست محل یک مربع سفید بزرگ را در نیمه چپ یا راست صفحه کامپیوتر پیدا کند. هر چه گومز بیشتر تمرین می‌کرد، سریع‌تر می‌شد.

نتایج دلگرم‌کننده است؛ اما آن‌ها فقط برای یک آزمایش در طول شش ماه طراحی شده‌اند. قبل از این‌که این نمونه اولیه برای استفاده بالینی در دسترس قرار گیرد، باید در مدت زمان بسیار طولانی‌تری در بین تعداد زیادی از بیماران آزمایش شود.

مطالعات دیگر همان آرایه‌های میکروالکترودی را که با نام آرایه‌های الکترود یوتا شناخته می‌شوند، در قسمت‌های دیگر مغز کاشته‌اند تا به کنترل اندام‌های مصنوعی کمک کنند؛ بنابراین می‌دانیم که حداقل در کوتاه ‌مدت ایمن هستند. اما هنوز روز‌های اولیه برای این فناوری است. این فناوری خطر افت مداوم عملکرد را تنها طی چند ماه کارکرد دارد.

در حالی که مهندسان قابلیت اطمینان دستگاه‌ها را افزایش می‌دهند، ما هنوز باید دقیقاً بدانیم که چگونه نرم‌افزاری را که ورودی بصری را تفسیر می‌کند، برنامه‌ریزی کنیم.

سال گذشته، پژوهش‌گران کالج پزشکی بیلور در هیوستون دستگاه مشابهی را در قسمت عمیق‌تری از قشر بینایی قرار دادند. در میان پنج شرکت ‌کننده در مطالعه که سه نفر از آن‌ها بینا و دو نفر از آن‌ها نابینا بودند، تیم دریافتند که این دستگاه به افراد نابینا کمک می‌کند تا اشکال حروف ساده مانند W ،S و Z را ردیابی کنند.

در مورد گومز، هیچ مدرکی مبنی بر ایجاد مرگ عصبی، تشنج صرع، یا سایر عوارض جانبی منفی وجود نداشت که نشانه خوبی است و نشان می‌دهد که می‌توان از میکروتحریک‌سازی به طور ایمن برای بازگرداندن بینایی عملکردی استفاده کرد، حتی در میان افرادی که شبکیه یا اعصاب بینایی آن‌ها آسیب جبران‌ناپذیری دیده‌ است نیز می‌توان از این روش استفاده کرد.

ریچارد نورمن، مهندس زیستی از دانشگاه یوتا، می‌گوید که یکی از اهداف این تحقیق این است که به افراد نابینا تحرک بیشتری بدهد. این می‌تواند به آن‌ها اجازه دهد تا یک شخص، درگاه یا اتومبیل را به راحتی شناسایی کنند. این می‌تواند استقلال و ایمنی را افزایش دهد. این چیزی است که دانشمندان روی آن کار می‌کنند.

در حال حاضر، به نظر می‌رسد که فقط یک شکل بسیار ابتدایی از بینایی را می‌توان با پروتز‌های بینایی بازگرداند؛ اما هر چه بیشتر مغز و این دستگاه‌ها را در بین افراد نابینا و بینا مطالعه کنیم، بهتر متوجه می‌شویم که چگونه الگو‌های تحریک خاصی می‌توانند تصاویر بصری پیچیده‌تر تولید کنند. شاید روزی فرا رسد که بیماران در آینده بتوانند به دلیل کاری که گومز انجام داده است، کل الفبا را با این پروتز ردیابی کنند. در حال حاضر چهار بیمار دیگر از قبل برای آزمایش این دستگاه در صف هستند.

گومز چند سال پیش در بیانیه‌ای گفت:

می‌دانم که نابینا هستم و همیشه نابینا خواهم بود؛ اما من احساس می‌کردم که می‌توانم کاری انجام دهم تا در آینده به مردم کمک کنم. هنوز هم چنین احساسی دارم.

نام گومز به دلیل تمام بینش و تلاش سخت او به عنوان نویسنده مشترک در مقاله ذکر شده است.