مرد مبتلا به سندرم قفل‌شدگی توانست به کمک رابط مغز و کامپیوتر، با دیگران ارتباط برقرار کند

رابط مغز و کامپیوتر به بیمار مبتلا به سندرم قفل‌شدگی کمک کرد تا در شرایط عدم توانایی کنترل ارادی عضلات، با دیگران ارتباط برقرار کند.

کد خبر: ۴۰۸۹۸۴

تاریخ: ۰۷ فروردين ۱۴۰۱ - ۱۶:۱۸

یک مرد کاملاً فلج توانست با استفاده از دستگاهی که فعالیت مغز او را ثبت می‌کند، ازطریق جملات کامل با دیگران ارتباط برقرار کند. این مرد توانست ذهن خود را آموزش دهد تا از دستگاهی که در مغز او کاشته شده بود، استفاده کند و سوپ، نوشیدنی و تماشای فیلم با پسر خود را درخواست کند.

به‌گفته‌ی پژوهشگران، این اولین‌ بار است که فردی که دچار قفل‌شدگی کامل است (فردی که هشیار است و توانایی شناختی دارد، اما کاملاً فلج است)، می‌تواند به این شکل ارتباط برقرار کند.

رابط‌های مغز و کامپیوتر سیگنال‌های الکتریکی مغز فرد را ثبت می‌کنند و آن‌ها را به دستوراتی تبدیل می‌کنند که دستگاهی را کنترل می‌کند. در سال‌های اخیر، رابط‌های مغز و کامپیوتر به افرادی که تا حدودی فلج بوده‌اند، این توانایی را داده‌ است تا اندام‌های مصنوعی را کنترل کنند یا فقط با فکر کردن، با کلماتی مانند بله و خیر با دیگران ارتباط برقرار کنند.

اما اکنون برای اولین بار فردی که دچار قفل‌شدگی کامل است و حتی نمی‌تواند حرکات چشم خود را کنترل کند، از رابط مغز و کامپیوتر برای برقراری ارتباط با جملات کامل استفاده می‌کند. جیمی هندرسون، جراح مغز و اعصاب در دانشگاه استنفورد که در پژوهش مشارکتی نداشت، می‌گوید: «واقعاً قابل‌توجه است که بتوانیم با فردی که کاملاً در وضعیت قفل‌شدگی است، مجدداً ارتباط برقرار کنیم. این پیشرفتی فوق‌العاده است و واضح است که برای شرکت‌کننده در پژوهش کاملاً معنادار است.»

این مرد که در آلمان زندگی می‌کند، در اوت ۲۰۱۵ وقتی که ۳۰ ساله بود، مبتلا به اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) تشخیص داده شد. اسکلروز جانبی آمیوتروفیک بیماری عصبی نادر و پیش‌رونده‌ای است که نورون‌های درگیر در حرکت را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد.

بیمار مورد مطالعه تا پایان سال، قادر به صحبت کردن یا راه رفتن نبود و از ژوئیه ۲۰۱۶، برای تنفس به دستگاه تنفس مصنوعی نیاز پیدا کرد. او در اوت ۲۰۱۶ شروع به استفاده از دستگاه ردیاب چشم برای ارتباط برقرار کردن کرد. دستگاه حرکات چشم را دنبال می‌کند و به کاربر اجازه می‌دهد تا حروفی را از روی صفحه‌نمایش کامپیوتر انتخاب کند؛ اما یک سال بعد، وضعیت او وخیم شد و دیگر نمی‌توانست چشمانش را روی نقطه خاصی ثابت نگه دارد. دستگاه، دیگر فایده‌ای نداشت.

اعضای خانواده‌ی او در نهایت شروع به استفاده از رویکرد مبتنی بر کاغذ کردند که در آن شبکه‌ای از حروف را در پس‌زمینه‌ای به چهار رنگ به او نشان می‌دادند و به هر بخش و ردیف رنگ اشاره می‌کردند و حرکت چشم او را به‌عنوان پاسخ مثبت تعبیر می‌کردند.

مرد و خانواده‌اش نگران بودند که او در نهایت به‌طور کامل حرکت چشمانش را از دست بدهد، بنابراین از نیلز بربائومر و اوجوال چوداری کمک خواستند. بربائومر در آن زمان در دانشگاه توبینگن کار می‌کرد و چوداری در سازمان غیرانتفاعی ALS Voice gGmbH مشغول به کار بود. این سازمان رابط‌های مغز و کامپیوتر و فناوری‌های دیگر را به افرادی که قادر به برقراری ارتباط نیستند، ارائه می‌دهد.

چوداری در ملاقات با مرد در فوریه ۲۰۱۸، سعی کرد تا سیستم ارتباطی را که خانواده‌ی او قبلاً از آن استفاده می‌کردند، خودکار کند. آن‌ها دستگاه ردیاب چشم را به نرم‌افزار کامپیوتری متصل کردند که رنگ‌ها و اعداد را می‌خواند و به مرد اجازه می‌داد تا هر بار یکی از حروف با استفاده از حرکات چشم انتخاب کند تا کلمات را بگوید. اما ازآنجاکه او به‌تدریج کنترل حرکات چشم خود را از دست داد، کمتر توانست با استفاده از دستگاه ارتباط برقرار کند. چوداری می‌گوید: «ما کاشت الکترود را پیشنهاد کردیم.»

الکترودهای ریز را می‌توان در مغز کاشت تا فعالیت الکتریکی سلول‌های مغز را به‌طور مستقیم ثبت کرد. این رویه (که شامل ایجاد سوراخی در جمجمه و برش لایه‌های محافظ مغز می‌شود) با کمی خطر عفونت و آسیب به مغز همراه است. بربائومر می‌گوید، این آخرین راه‌حل بود: «اگر رابط مغز و کامپیوتر غیرتهاجمی و ردیاب‌کننده‌های چشم دیگر کار نکنند، گزینه دیگری وجود ندارد.» چوداری می‌گوید مرد با رویه استفاده از حرکات چشم موافقت کرد و همسر و خواهرش نیز رضایت دادند.

زمانی که این رویکرد در پایان سال ۲۰۱۹، توسط کمیته اخلاق و مؤسسه دارو و تجهیزات پزشکی آلمان تأیید شد، مرد توانایی استفاده از دستگاه ردیاب چشم را از دست داده بود. در مارس ۲۰۱۹، جراحان دو شبکه الکترود کوچک را که عرض هر یک ۱٫۵ میلی‌متر بود، در قشر حرکتی مغز او کاشتند. قشر حرکتی منطقه‌ای در بالای مغز است که در کنترل حرکت نقش دارد.

تبدیل سیگنال‌ به دستور

یک روز پس از کاشت الکترود، پژوهشگران تلاش برای کمک به مرد به‌منظور برقراری ارتباط را شروع کردند. ابتدا، از مرد خواسته شد تا انجام حرکات فیزیکی را تصور کند (این رویکرد به گیرندگان دیگر کمک کرده است تا اندام‌های مصنوعی و اسکلت خارجی را کنترل کنند و همچنین رویکردی است که شرکت نورالینک ایلان ماسک آن را دنبال می‌کند).

ایده ابتدایی پژوهشگران دریافت سیگنال از مغز و ترجمه آن به نوعی دستور بود، اما موفق نشدند. آن‌ها پس از ۱۲ هفته تلاش، این ایده را کنار گذاشتند و به‌جای آن رویکردی به نام نوروفیدبک (بازخورد عصبی) را امتحان کردند.

نحوه کار نوروفیدبک نشان دادن فعالیت مغز فرد در زمان واقعی به او است، به‌طوری‌که بتواند نحوه کنترل آن را یاد بگیرد. در این مورد، هنگامی که الکترودهای موجود در مغز فرد افزایش فعالیت را ثبت می‌کرد، کامپیوتر صدایی افزایشی را پخش می‌کرد. با کاهش فعالیت مغز، صدایی رو به کاهش پخش می‌شد. چوداری در طول سال ۲۰۱۹ آخر هفته‌ها مرد را در خانه‌اش ملاقات می‌کرد، تا این که ویروس کرونا ظاهر شد. مرد در نهایت یاد گرفت فعالیت مغز خود را کنترل کند تا بتواند برای نشان دادن بله، صدای رو به افزایش و برای نشان دادن خیر صدای رو به کاهش را پخش کند.

تیم سپس نرم‌افزاری را ارائه کرد که از سیستم کامپیوتری مبتنی‌ بر کاغذ تقلید می‌کرد که مرد در ابتدا برای برقراری ارتباط با خانواده‌اش از آن استفاده می‌کرد. برای مثال، مرد کلمه‌های زرد یا آبی را می‌شنید تا بلوکی از حروف را انتخاب کند که سپس از بین آن‌ها حرف موردنظر را انتخاب کند. سپس حروف به‌طور مجازی پخش می‌شد و او از صدای افزایشی یا کاهشی برای انتخاب یا عدم انتخاب هر یک استفاده می‌کرد (ویدئو را ببینید).

بدین‌ترتیب، مرد توانست به کمک جملات کامل ارتباط برقرار کند. چوداری و همکارانش اخیراً یافته‌های خود را در مجله‌ی Nature Communications منتشر کردند.

یکی از اولین جملاتی که مرد هجی کرد، به این صورت ترجمه شد که: «پسر! این خیلی راحت کار می‌کنه.» البته، ارتباط همچنان کند بود و انتخاب هر حرف تقریباً یک دقیقه طول می‌کشید. اما پژوهشگران بر این باورند که دستگاه کیفیت زندگی مرد را افزایش داده است. برای مثال، او درخواست غذاهای خاص و سوپ داده است، به مراقبان خود گفته است که چگونه پاهای او را حرکت داده و ماساژ دهند و خواسته است که همراه پسرش فیلم تماشا کند.

چوداری در نظر دارد فهرستی از کلمات پرکاربرد را ایجاد کند که در نهایت به نرم‌افزار اجازه دهد تا برای مثال کلماتی را که مرد می‌خواهد بگوید، تکمیل کند. او می‌گوید: «راه‌های زیادی وجود دارد که می‌توانیم این کار را سریع‌تر انجام دهیم.»

هیچ‌کس نمی‌داند الکترودها تا چه مدت درون مغز مرد دوام می‌آورند، اما مطالعات دیگر نشان داده‌اند که الکترودهای مشابه پنج سال پس از کاشت همچنان کار می‌کنند.

کیانوش نظرپور از دانشگاه ادینبورگ که در این کار مشارکتی نداشت، می‌گوید این دستاورد برای فرد مبتلا به سندرم قفل‌شدگی می‌تواند تفاوت ایجاد کند. او می‌گوید: «این فرصتی اساسی برای آن‌ها است تا دوباره کنترل زندگی‌شان را به دست بگیرند.» نظرپور فکر می‌کند این فناوری بتواند طی ۱۰ تا ۱۵ سال آینده به‌طور معمول به افرادی که وضعیت مشابهی دارند، ارائه شود. او می‌گوید: «برای فردی که مطلقاً هیچ ارتباطی ندارد، حتی یک بله و خیر می‌تواند تغییردهنده زندگی باشد.»

برایان دیکی، مدیر توسعه تحقیقات سازمان Motor Neurone Disease Association در بریتانیا قبول دارد که این بازه زمانی واقع‌گرایانه است؛ اما او کنجکاو است که چه تعدادی از افراد مبتلا به بیماری نورون حرکتی که اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) رایج‌ترین فرم آن است، از چنین رابط‌هایی سود خواهند برد.

موانع

مردی که رابط را دریافت کرده است، دچار نوعی ALS به نام آتروفی عضلانی پیش‌رونده است. این فرم از بیماری معمولاً اعصاب حرکتی را هدف قرار می‌دهد که از نخاع به عضلات می‌رسند و موجب می‌شود افراد مبتلا نتوانند عضلات خود را کنترل کنند.

دیکی می‌گوید حدود ۹۵ درصد از موارد ALS شامل تخریب قشر حرکتی مغز نیز می‌شوند؛ حتی افراد مبتلا به آتروفی عضلانی پیش‌رونده می‌توانند این تخریب را تجربه کنند. این امر ممکن است توضیح دهد که چرا از زمان تکمیل مطالعه، به‌نظر می‌رسد بیمار مورد مطالعه بخشی از توانایی ارتباط برقرار کردن خود را از دست داده است.

بربائومر می‌گوید طی تقریباً یک ماه گذشته، این مرد از دستگاه فقط برای گفتن کلمات بله و خیر استفاده کرده است. بربائومر می‌گوید: «نمی‌دانم چرا او فقط بله و خیر می‌گوید و جمله نمی‌سازد، اما هر از گاهی این اتفاق می‌افتد. دلایل زیادی می‌تواند برای این مسئله وجود داشته باشد.»

همچنین ممکن است که برای مثال، سلول‌های تخصصی موجود در مغز الکترودها را به‌عنوان عامل خارجی شناسایی کرده‌ و اطراف آن را گرفته و توانایی عملکرد آن را محدود کرده باشند. بربائومر می‌گوید: «این مسئله می‌تواند دلایل روانی، فنی یا الکترودی داشته باشد، اما حداقل او در وضعیت خوبی قرار دارد و کیفیت زندگی خوبی دارد، زیرا می‌تواند ارتباط برقرار کند.»

اگر در نهایت الکترود از کار بیفتد، اعضای خانواده بیمار ممکن است درخواست بدهند که الکترود قدیمی با الکترود جدیدی، شاید در ناحیه دیگری از مغز جایگزین شود. اما درحال‌حاضر، توانایی گفتن بله و خیر کافی است. او می‌گوید: «خانواده‌ی او به من گفتند بیشتر اطلاعات مورد نیازشان را طی یک سال و نیم اول به دست آورده‌اند. اگر سؤالات مناسبی بپرسید، به کمک بله و خیر می‌توانید چیزهای زیادی بگویید.»