اخبار تکنولوژی, اخبار علمی
ایمپلنت‌های چشمی با قدرت بازگرداندن بینایی!
خلاصه: محققان یک ایمپلنت کوچک با الکترودهایی به اندازه نورون ساخته‌اند که می‌تواند دست نخورده در بدن باقی بماند و بدین ترتیب برای نابینایان، پتانسیلی برای دریافت ایمپلنت‌های بینایی در آینده ارائه دهد. این ایمپلنت می‌تواند با الکترودهای متعددی که به عنوان پیکسل های مجزا عمل می‌کنند، قشر بینایی مغز را تحریک کرده و تصاویر را ایجاد کند.
تیمی متشکل از محققین دانشگاه فناوری چالمرز در سوئد، دانشگاه فرایبورگ و موسسه علوم اعصاب هلند موفق به ساخت ایمپلنتی بسیار کوچک حاوی الکترودهایی به کوچکی یک تک نورون و با قابلیت سالم ماندن در بدن در بلند مدت شده‌اند. ویژگی‌های این ایمپلنت ترکیبی منحصر به فرد است که می‌تواند نویدبخش ایمپلنت‌های بینایی در آینده برای نابینایان باشد.
اغلب هنگامی که یک فرد بینایی خود را از دست می‌دهد، به خاطر آسیب به یک یا چند قسمت از چشم است و قشر بینایی مغز هنوز عملکرد دارد و تنها نیازمند دریافت اطلاعات از چشم است. در مورد تحریک مغز برای بازیابی بینایی باید در نظر داشت که به هزاران الکترود در ایمپلنت نیاز است تا اطلاعات کافی برای تشکیل یک تصویر جمع‌آوری شود. با ارسال تکانه‌های الکتریکی از طریق یک ایمپلنت به قشر بینایی مغز، می‌توان تصویری را ایجاد کرد که در تصویر حاصله، هر الکترود معرف یک پیکسل خواهد بود.
ماریا آسپلوند، سرگروه بخش توسعه فناوری این پروژه و پرفسور بیوالکترونیک در دانشگاه فناوری چالمرز سوئد، می گوید: «تصویر ساخته شده مشابه با دنیایی نیست که فردی با بینایی کامل و طبیعی می‌تواند ببیند. تصویر ایجاد شده توسط تکانه‌های الکتریکی مانند تابلو اعلانات ماتریکس در بزرگراه است؛ یعنی یک صفحه‌ی تاریک که بسته به اطلاعت دریافت شده، برخی نقاط آن روشن می‌شود. هرچه الکترودها بیشتر باشند تصویر بهتر خواهد بود.»
ایمپلنت چشمی ایجاد شده در این مطالعه را می‌توان به صورت یک رشته با تعداد زیادی الکترود که در یک ردیف و پشت سر هم قرار دارند، توصیف کرد. در دراز مدت، به چندین رشته با هزاران الکترود متصل به هم نیاز است. نتایج این مطالعه گامی کلیدی به سمت چنین ایمپلنتی است.
آینده ایمپلنت های ویژن
ایمپلنت الکتریکی برای بهبود بینایی در افراد نابینا ایده جدیدی نیست. با این حال، فناوری ایمپلنت که در حال حاضر در بیماران مورد بررسی قرار می‌گیرد مربوط به دهه 1990 است و چندین عامل باید اصلاح شوند و بهبود یابند؛ به عنوان مثال، اندازه بزرگ ایمپلنت، ایجاد زخم در مغز به دلیل اندازه بزرگ ایمپلنت، بیش از حد سفت بودن مواد و یا تحلیل و خورده شدن این مواد در طول زمان.
با ایجاد الکترودهایی به کوچکی یک نورون (سلول عصبی)، محققان قادرند تعداد زیادی الکترود را تنها روی یک ایمپلنت قرار دهند و تصویر دقیق‌تری برای کاربر ایجاد کنند. ترکیب منحصر به فرد مواد انعطاف پذیر و غیرخورنده، این ایمپلنت را به یک راه حل طولانی مدت برای ایمپلنت‌های بینایی تبدیل کرده است.
کوچک سازی اجزای ایمپلنت بینایی، به خصوص الکترودها، ضروری است. ، زیرا الکترودها باید به اندازه کافی کوچک باشند تا بتوانند محرک را به تعداد زیادی از نقاط “نواحی بینایی مغز” برساند. پروفسور آسپلوند در ادامه گفت: «سوال اصلی تحقیق برای تیم این بود که با توجه به موادی که در اختیار داریم آیا می‌توان تعداد بالایی از الکترود را روی یک ایمپلنت قرار داد و ایمپلنتی به اندازه کافی کوچک و در عین حال موثر ساخت؟ و پاسخ بله بود.»
اندازه کوچک‌تر، خوردگی بدتر
تولید یک ایمپلنت الکتریکی در چنین مقیاس کوچکی با چالش هایی همراه است، به خصوص برای محیط‌های سختی، مانند بدن انسان. اصلی‌ترین چالش، ساخت الکترودهای کوچک نیست، بلکه این است که چنین الکترودهای کوچکی بتوانند برای مدت زمان طولانی در محیط مرطوب و خیس دوام بیاورند. خوردگی فلزات در ایمپلنت‌های جراحی یک مشکل و چالش بزرگ است و از آنجایی که فلز جزء عملکردی و همچنین جزء آسیب‌پذیر (از نظر خوردگی) است، میزان فلز کاربردی دارای اهمیت کلیدی است.
ایمپلنت الکتریکی که آسپلوند و تیمش تولید کرده‌اند، اندازه‌ای بسیار کوچک به عرض ۴۰ میکرومتر و ضخامت ۱۰ میکرومتر دارد، مانند یک تار مو، که بخش فلزی آن تنها چند صد نانومتر ضخامت دارد. و از آنجایی که فلز بسیار کمی در چنین الکترود بینایی بسیار کوچک وجود دارد، به هیچ وجه نباید دچار فرسودگی و خوردگی شود وگرنه کارایی خود را از دست می‌دهد.
در گذشته حل این مشکل امکان پذیر نبود. اما اکنون، تیم تحقیقاتی ترکیبی منحصربه‌فرد از موادی را ایجاد کرده‌اند که لایه لایه روی هم سوار شده‌اند و دچار خوردگی نمی‌شوند. این شامل یک پلیمر رسانا جهت تبدیل محرک‌های الکتریکی مورد نیاز برای کار ایمپلنت، به پاسخ‌های الکتریکی در نورون‌ها است. پلیمر یک لایه محافظ بر روی فلز تشکیل می‌دهد و الکترود را در برابر خوردگی بسیار مقاوم می‌کند. در واقع پلیمر یک لایه محافظ پلاستیکی است که فلز را می پوشاند.
آسپلوند می‌گوید: «ترکیب پلیمر و فلز رسانایی که ما پیاده‌سازی کرده‌ایم انقلابی در ایمپلنت‌های بینایی است، زیرا این به آن معناست که ایمپلنت تا زمان انقضا خود، عملکرد خود را حفظ می‌کند.
ما اکنون می‌دانیم که می‌توان الکترودهایی به کوچکی یک نورون (سلول عصبی) ساخت و این الکترود را به طور موثر در مغز در بازه‌های زمانی بسیار طولانی حفظ کرد. این امری امیدوارکننده است زیرا تا به حال چنین دستاوردی وجود نداشته است. گام بعدی ایجاد ایمپلنتی خواهد بود که می‌تواند برای هزاران هزار الکترود اتصال داشته باشد.». چنین پروژه‌ای در حال حاضر در تیمی به مراتب بزرگ‌تر در پروژه Neuraviper اتحادیه اروپا در حال بررسی است.
روش مطالعه
این روش توسط محققان پژوهشی در موسسه علوم اعصاب هلند اجرا شد. در این موسسه موش‌ها را جهت پاسخ دادن به یک محرک الکتریکی به قشر بینایی مغز آموزش دادند.
این مطالعه نشان داد که فقط در چند جلسه نه تنها موش‌ها می‌توانند یاد بگیرند که به محرک اعمال شده از طریق الکترودها واکنش نشان دهند، بلکه حداقل آستانه جریان الکتریکی که موش‌ها درک کردند نسبت به ایمپلنت های استاندارد مبتنی بر فلز کمتر بود. تیم تحقیقاتی همچنین گزارش داد که عملکرد ایمپلنت در طول زمان برای یک موش حتی تا پایان عمر طبیعی آن ثابت باقی ماند.
همچنین بخوانید:
- برای اولین بار: دانشمندان سن مولکولی چشم را تعیین کردند
- نگاه به آینده: اسکن چشم نشانگرهای بیماری پارکینسون را 7 سال زودتر آشکار می‌کند
- سرطان چشم (Eye Cancer) چیست؟ علائم، تشخیص، درمان و پیشگیری
- چشمان شما می‌تواند نشان دهد که آیا شما به ADHD یا اوتیسم مبتلا هستید!
مترجم: الهام مظاهری
