گرت جان اسکام در سال 2011 در چین زندگی می کرد که در یک تصادف با موتور سیکلت دچار سانحه شد که باعث فلج شدن از باسن به پایین شد. اکنون دانشمندان با ترکیبی از دستگاه ها دوباره کنترل پایین تنه را به او داده اند.
آقای اسکام روز سه شنبه در یک نشست مطبوعاتی گفت: “به مدت 12 سال تلاش می کردم که پاهایم را بازگردانم.” “اکنون یاد گرفتم که چگونه عادی و طبیعی راه بروم.”
در مطالعه‌ای که روز چهارشنبه در مجله نیچر منتشر شد، محققان در سوئیس ایمپلنت‌هایی را توصیف کردند که یک پل دیجیتالی بین مغز آقای اسکام و نخاع او ایجاد می‌کردند و بخش‌های آسیب دیده را دور می‌زدند. این کشف به آقای اسکام 40 ساله اجازه داد تنها با کمک یک واکر بایستد، راه برود و از یک سطح شیب دار بالا برود. بیش از یک سال پس از کاشت ایمپلنت، او این توانایی‌ها را حفظ کرده است و در واقع نشانه‌هایی از بهبودی عصبی را نشان می‌دهد، حتی زمانی که ایمپلنت خاموش بود با عصا راه می‌رفت.
گرگوار کورتین، متخصص نخاع در مؤسسه فناوری فدرال سوئیس، لوزان، گفت: «ما افکار گرت یان را به تصویر کشیدیم و این افکار را به تحریک نخاع برای برقراری مجدد حرکت داوطلبانه ترجمه کردیم. در کنفرانس مطبوعاتی گفت که این تحقیق را رهبری کنید.
جوسلین بلوخ، عصب‌شناس دانشگاه لوزان که این ایمپلنت را در آقای اسکام قرار داد، افزود: “این در ابتدا برای من کاملاً علمی تخیلی بود، اما امروز به حقیقت پیوست.”
در دهه‌های اخیر پیشرفت‌های زیادی در درمان آسیب نخاعی به‌وجود آمده است. در سال 2016، گروهی از دانشمندان به رهبری دکتر کورتین توانستند توانایی راه رفتن را در میمون های فلج بازیابی کنند و دیگری به مردی کمک کرد تا کنترل دست فلج خود را دوباره به دست بگیرد. در سال 2018، گروه دیگری از دانشمندان به رهبری دکتر کورتین راهی برای تحریک مغز با ژنراتورهای پالس الکتریکی ابداع کردند که به افراد نیمه فلج اجازه می داد دوباره راه بروند و دوچرخه سواری کنند. سال گذشته، روش‌های پیشرفته‌تر تحریک مغز به افراد فلج اجازه می‌داد ظرف یک روز پس از درمان شنا کنند، راه بروند و دوچرخه‌سواری کنند.
آقای اسکام در سال های گذشته تحت روش های تحریک قرار گرفته بود و حتی تا حدی توانایی راه رفتن را به دست آورده بود، اما در نهایت بهبودی او به شدت کاهش یافت. در کنفرانس مطبوعاتی، آقای اسکام گفت که این فناوری‌های تحریک به او این احساس را داده است که چیزی غریبه در مورد حرکت وجود دارد، فاصله‌ای بیگانه بین ذهن و بدن او.
رابط جدید این را تغییر داد، او گفت: “تحریک قبلاً من را کنترل می کرد و اکنون من تحریک را کنترل می کنم.”
در مطالعه جدید، رابط مغز و ستون فقرات، همانطور که محققان آن را نامیده‌اند، از یک رمزگشای فکری هوش مصنوعی برای خواندن مقاصد آقای اسکام – قابل تشخیص به عنوان سیگنال‌های الکتریکی در مغزش – و مطابقت آنها با حرکات ماهیچه‌ای استفاده کرد. علت حرکت طبیعی، از فکر تا قصد تا عمل، حفظ شد. همانطور که دکتر کورتین توضیح داد، تنها پل دیجیتالی بود که قسمت های آسیب دیده ستون فقرات را پوشانده بود.
اندرو جکسون، متخصص علوم اعصاب در دانشگاه نیوکاسل که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید: «این موضوع سؤالات جالبی در مورد خودمختاری و منبع دستورات ایجاد می‌کند. شما همچنان به محو کردن مرز فلسفی بین مغز و فناوری ادامه می دهید.»
دکتر جکسون اضافه کرد که دانشمندان در این زمینه دهه‌ها در مورد اتصال مغز به محرک‌های نخاعی نظریه‌پردازی کرده‌اند، اما این اولین باری است که آنها به چنین موفقیتی در یک بیمار انسانی دست یافته‌اند. او گفت: “گفتن آسان است، انجام آن بسیار دشوارتر است.”
برای دستیابی به این نتیجه، محققان ابتدا الکترودهایی را در جمجمه و ستون فقرات آقای اسکام کاشتند. سپس تیم از یک برنامه یادگیری ماشینی برای مشاهده اینکه کدام قسمت های مغز هنگام تلاش برای حرکت دادن قسمت های مختلف بدنش روشن می شود، استفاده کردند. این رمزگشای فکری می‌توانست فعالیت الکترودهای خاصی را با اهداف خاصی مطابقت دهد: هر زمان که آقای اسکام می‌خواست مچ پاهایش را حرکت دهد، یک پیکربندی روشن می‌شد، زمانی که می‌خواست باسن خود را حرکت دهد، پیکربندی دیگری روشن می‌شد.
سپس محققان از الگوریتم دیگری برای اتصال ایمپلنت مغزی به ایمپلنت ستون فقرات استفاده کردند که قرار بود سیگنال‌های الکتریکی را به قسمت‌های مختلف بدن او بفرستد و جرقه‌ای حرکت دهد. این الگوریتم قادر به محاسبه تغییرات جزئی در جهت و سرعت هر انقباض و آرامش عضله بود. و از آنجایی که سیگنال‌های بین مغز و ستون فقرات هر 300 میلی‌ثانیه ارسال می‌شد، آقای اسکام می‌توانست به سرعت استراتژی خود را بر اساس اینکه چه کار می‌کند و چه چیزی نیست، تنظیم کند. در اولین جلسه درمانی او می توانست عضلات لگن خود را بپیچاند.
در طی چند ماه آینده، محققان رابط مغز و ستون فقرات را به گونه ای تنظیم کردند که عملکردهای اساسی مانند راه رفتن و ایستادن را بهتر انجام دهد. آقای اسکام یک راه رفتن تا حدودی سالم به دست آورد و توانست حتی پس از ماه ها بدون درمان، پله ها و رمپ ها را با سهولت نسبی طی کند. علاوه بر این، پس از یک سال درمان، او متوجه پیشرفت های واضحی در حرکت خود بدون کمک رابط مغز و ستون فقرات شد. محققان این پیشرفت ها را در تست های تحمل وزن، تعادل و راه رفتن ثبت کردند.
اکنون، آقای اسکام می تواند به طور محدود در خانه خود قدم بزند، سوار و از ماشین سوار شود و در یک بار بایستد و نوشیدنی بخورد. او گفت که برای اولین بار احساس می کند که کنترل کننده است.
محققان به محدودیت‌هایی در کار خود اذعان کردند. تشخیص اهداف ظریف در مغز دشوار است، و اگرچه رابط فعلی مغز و ستون فقرات برای راه رفتن مناسب است، احتمالاً نمی توان همین را برای بازگرداندن حرکات بالاتنه گفت. این درمان همچنین تهاجمی است و به چندین عمل جراحی و ساعت‌ها فیزیوتراپی نیاز دارد. سیستم فعلی تمام فلج های نخاعی را برطرف نمی کند.
اما تیم امیدوار بود که پیشرفت‌های بیشتر این درمان را در دسترس‌تر و سیستماتیک‌تر موثرتر کند. دکتر کورتین گفت: “این هدف واقعی ما است که این فناوری را در سرتاسر جهان برای همه بیمارانی که به آن نیاز دارند در دسترس قرار دهیم.”
