تراشه هاى سيليكونى كاركردهاى مغز انسان را برعهده مى گيرند

رخنه در دهليزهاى هزارتو

هرچه دانش بشر افزون تر مى شود و دستان او به نيروى فن توان بيشترى مى يابد، دانشمندان را ياراى پوشاندن جامه واقعيت بر تن روياهاى جارى بر قلم نويسندگان خوشفكر و خيال پرداز داستان هاى علمى- تخيلى نيز فزونى مى گيرد. هنوز زمان زيادى نمى گذرد از آن هنگام كه براى نخستين بار در فيلم هاى سينمايى انسان هايى را به تصوير كشيدند كه در سرشان تراشه هايى كوچك كار گذاشته شده تا انجام كارهاى خارق العاده برايشان ساده و آسان شود. احتمالاً در آينده اى نه چندان دور چنين انسان هايى را به چشم خود خواهيم ديد البته نه در حال پرواز بر فراز برج ها و ساختمان هاى بلند كه در كوچه و خيابان و در ميان مردم عادى، چرا كه آنها قهرمان هاى داستان هاى كودكان نخواهند بود بلكه بيمارانى كه پزشكان تراشه هاى سيليكونى در مغزشان كار خواهند گذاشت تا از بيمارى هايى مثل آلزايمر نجات يابند. به هر حال بايد منتظر نتايج پژوهش ها و آزمايش هاى دانشمندان بمانيم و آنگونه كه از اخبار برمى آيد در گوشه و كنار دنيا موفقيت هايى نيز در اين راه حاصل شده است. اكثر بررسى ها و آزمايش هايى كه تاكنون انجام شده، درباره كاركرد بخشى از مغز به نام «هيپوكامپ» بوده است كه از قرار معلوم وظيفه تبديل داده هاى موجود در حافظه كوتاه مدت به خاطرات و محفوظات بلندمدت را بر عهده دارد. برخى از بيمارى ها و صدماتى كه نقصان حافظه و فراموشى و از ياد بردن خاطرات را در پى دارند در اثر آسيب ديدگى همين بخش از مغز عارض مى شوند. هنگامى كه براى كسى حادثه ناگوارى پيش آيد امكان دارد كه بخش هايى از مغز او از جمله هيپوكامپ دچار آسيب هايى شده و در نتيجه با اختلالاتى در قدرت يادآورى خاطرات روبه رو شود. دانشمندان مدت هاست در اين انديشه اند كه براى درمان يك چنين مشكلاتى راه علاجى بيابند. آنها تلاش خود را بر روى ساخت ابزار مصنوعى جايگزينى براى بازسازى عملكرد هيپوكامپ معطوف كرده اند.

در اين زمينه دست كم از سال ۲۰۰۲ خبرهايى از فعاليت هاى پژوهشگران در دانشگاه ها و موسسات تحقيقاتى مختلف در رسانه هاى خبرى انعكاس يافته است. ممكن است روزى فرا رسد كه تراشه اى كامپيوترى بتواند همه وظايف هيپوكامپ را در مغز عهده دار شود. اين هدفى است كه دكتر «تئودور برگر» استاد مهندسى زيست پزشكى در دانشگاه كاليفرنياى جنوبى در شهر لس آنجلس (UCLA) و مدير مركز «مهندسى اعصاب» (Neural Engineering)، رشته تازه  اى است كه بر مبناى چند رشته گوناگون علمى پا گرفته و كار آن شناخت و دخل و تصرف در عملكرد دستگاه عصبى است) آنجا، در پى تحقق آن است. وى بيش از يك دهه است كه بر سر اين كار وقت صرف كرده است. يكى از انگيزه هاى او درمان بيمارى آلزايمر است. اين بيمارى نيز انگار كه در مراحل اوليه با كوچك شدن هيپوكامپ آغاز مى شود. تراشه اى كه دكتر «برگر» در اين سال ها قصد ساخت آن را داشته است شايد در درمان اين بيمارى نيز به كار آيد. اما اين تنها بهره ممكن يك چنين ابداعى نخواهد بود بلكه از اين طريق اختلالات گفتارى ناشى از سكته و يا مشكلات حافظه بيمار كه در مبتلايان صرع ديده مى شود نيز احتمالاً قابل درمان خواهد بود. در واقع گروه پژوهشى دكتر «برگر» از ۶ گروه كوچك تر تشكيل مى شود كه طى اين مدت در چند آزمايشگاه به كار و تلاش مشغول بوده اند و دانشگاه هاى كاليفرنياى جنوبى، كنتاكى و ويك فارست از جمله موسساتى هستند كه در اين طرح با هم همكارى كرده اند.

اما نه تنها براى عامه مردم كه براى دانشمندان نيز كاركرد مغز و ساختار آن آنقدر پيچيده به نظر مى رسد كه حتى امكان ساخت يك عضو مصنوعى كه تنها بخشى از فعاليت هاى مغز را عهده دار شود نيز بعيد مى نمايد. دكتر «برگر» و همكارانش براى غلبه بر پيچيدگى هاى مغز انسان قدم به قدم پيش مى روند. روشى كه ايشان در پيش گرفته اند در گام اول بر شكل دادن الگوهايى رياضى براى شبيه سازى روند فراورى اطلاعات در سلول هاى عصبى هيپوكامپ متمركز بوده است. البته ايشان در آغاز كار مطابق معمول، موش ها را براى آزمايش برگزيده اند چرا كه عملكرد اين بخش از مغز آنها به عملكرد عضو نظيرش در مغز انسان شبيه است. تلاش ايشان در مرحله دوم با طراحى مداراتى ريز و پيچيده بر مبناى اين الگوهاى رياضى كامل مى شود به نحوى كه كاركرد اين مدارهاى الكتريكى همانند عملكرد هيپوكامپ از كار دربيايد و آنچه در مرحله سوم بايد محقق شود متصل كردن تراشه حامل مدارهاى ريز به بافت زنده عصبى و دست آخر به خود مغز است. اخبارى كه در سال هاى ۲۰۰۳ و ۲۰۰۴ در برخى سايت هاى خبرى شبكه اينترنت منتشر شد از حصول موفقيت هايى در طرح پژوهشى دكتر «برگر» و گروهش حكايت مى كرد. از قرار معلوم آنها دو گام اول و دوم را با موفقيت طى كرده اند اما در مورد مرحله سوم انگار كه هنوز در نيمه راه باشند. در دوازدهم مارس ۲۰۰۳ سايت خبرى «نيوساينتيست»، خبرى را منتشر كرد با عنوان «ساخت نخستين اندام مصنوعى مغزى» (http://www.newscientist.com/article.ns?id=dn3488) كه با ذكر برخى جزئيات، بيش از پيش امكان تحقق اهداف پژوهشگران دانشگاه كاليفرنياى جنوبى را نويد مى داد و در خبرى ديگر (http://www.wired.com/news/medtech/1,65422-0.html) آمده بود كه آنان پس از ايجاد الگوهاى رياضى و پياده كردنشان بر روى تراشه هاى كوچك، عملكرد اين اندام مصنوعى را نسبت به عملكرد بافت زنده نگه داشته شده مغز موش سنجيده اند و جواب آزمايش تا ۹۵ درصد صحت آن را تاييد كرده است اما انگار كه كار هنوز به قرار دادن تراشه بر روى مغز موش زنده و آزمودن آن نرسيده باشد.

براساس آنچه تاكنون در معرض اطلاع عموم قرار داده شده برخى از نكات روش كارى آنها بر ما روشن مى شود ازجمله اينكه آنها براى تهيه الگوهاى رياضى، در ابتدا برش هاى نازكى از هيپوكامپ موش را تهيه مى كردند به شكلى كه امكان زنده نگه داشتن اين لايه هاى جدا شده براى يكى دو روز و در محيط مناسب آزمايشگاهى وجود داشته باشد. سپس با دانستن اينكه هريك از اين لايه هاى نازك در بردارنده مدارها و ساختارهاى ريز و طبيعى هيپوكامپ است به مطالعه نحوه عملكرد و ارتباطات سلول هاى عصبى موجود در آن مى پرداختند. دكتر «برگر» مى گويد: «نورون ها اطلاعات را به صورت پالس هايى با فاصله هاى معين ارسال مى كنند كه فاصله هاى متفاوت ميان پالس ها مانند علامت هاى مورس دربردارنده رمزها و اطلاعات است.» وقتى كه اين سلول هاى عصبى الگويى را دريافت مى كنند از خود واكنش نشان داده، طى فرآيندى الگوى خروجى خاصى را از خود صادر مى كنند. وى در مورد نحوه تقليد رفتار سلول هاى عصبى مى گويد: «ما براساس عملكرد يك نورون در دريافت و پردازش يك علامت ورودى و ارسال علامتى ديگر، الگوهاى رياضى ايجاد كرده ايم تا بتوانيم آن عملكرد را همانندسازى كنيم.» با اين اوصاف، كار يك سلول عصبى سيليكونى اين خواهد بود كه به مانند نورونى كه جايگزين آن مى شود، با حس كردن ضربان هاى الكتريكى، پاسخى دهد مشابه آنچه سلول هاى هيپوكامپ از خود بيرون مى دهند. در ضمن اين امكان نيز بايد به وجود بيايد كه اين پاسخ ها از سلول هاى سيليكونى به بخش هاى زنده مغز فرستاده شوند. 

اما الگوهاى رياضى مورد بحث طى آزمايش هاى مكررى به دست آمده اند به اين ترتيب كه همه انواع محتمل پيام هاى الكتريكى ورودى، از يك سو براى بافت زنده برگرفته از مغز ايجاد شده و از سوى ديگر خروجى معادل هريك از آنها ضبط شده است. آنگاه صورت بندى رياضى مبدلى كه آن ورودى ها را به همان خروجى هاى ضبط شده تبديل كند، تهيه شده است. يكى از اساتيد مهندسى پزشكى دانشگاه كاليفرنياى جنوبى، دكتر «برگر» را در شكل دادن به اين الگوهاى رياضى يارى داده است. وظيفه تبديل الگوهاى رياضى به مدارات روى تراشه هاى الكترونيكى ريز را هم يكى ديگر از همكاران دكتر «برگر» به نام دكتر «جان گراناكى» عهده دار بوده است. وى مى گويد: «اين تراشه ها براساس الگوهاى رياضى تعريف شده عمل مى كنند. آنها درست مانند شبكه اى از سلول هاى عصبى هيپوكامپ رفتار مى كنند.» قصد ايشان در آغاز كار اين بوده كه از تراشه هايى شروع كنند كه توان بازسازى عملكرد ۵۰ تا ۱۰۰ سلول عصبى را داشته باشند و آنگاه تراشه هايى با توان بيشتر و معادل ۱۰ هزار سلول بسازند و نهايتاً كل هيپوكامپ را شبيه سازى كنند. دكتر «ساموئل ددويلر»، معاون بخش فيزيولوژى و داروشناسى دانشگاه ويك فارست كه او نيز همكار ديگر دكتر «برگر» بوده است تلاش كرده تا فعاليت هاى هيپوكامپ مغز موش ها را در هنگامى كه مغز آنها در حال به يادآورى چيزى است و حافظه شان فعال است، ضبط كند. با اين كار وى موفق شده است كه تفاوت هايى را در الگوى فعال شدن سلول هاى هيپوكامپ موش شناسايى كند و بر اساس اين تفاوت ها بداند كه چه موقع موش يك آموخته خود را درست به ياد آورده است و چه موقع نادرست. شايان توجه است كه تاكنون اندام هاى مصنوعى الكترونيكى، يا به منظور تقويت حواس در كسانى كه دچار ضعف در يكى از حواس پنجگانه خود به ويژه حس شنوايى هستند طراحى مى شده و يا براى كمك به كسانى بوده كه مشكلات حركتى دارند و يا فلج اندام ها توانايى حركت را از ايشان سلب كرده است. در اين قبيل موارد با اندام هاى مصنوعى و ابزارهاى كمكى اين امكان برايشان فراهم مى آيد كه تكانه ها و پيام هاى الكتريكى مغزشان به حركت مكانيكى تبديل شود. اما كارى كه گروه پژوهشى دكتر «برگر» سرگرم آن هستند به كل متفاوت است. ايشان در واقع با كارگذاشتن اندام مصنوعى طراحى شده خود، در عملكرد ادراك مغز دخالت خواهند كرد. 

به مانند هر تلاش ديگرى كه دانشمندان در شبيه سازى عملكردهاى مغزى و فكرى انسان انجام مى دهند، اين بار هم مخالفت هايى از جانب اخلاق گرايان ابراز شده است. «جئل اندرسن» از دانشگاه واشينگتن در ايالت ميسورى آمريكا از اين جمله است. وى گمان مى كند كه يك چنين ابزارى تنها برروى حافظه تاثير ندارد بلكه شخصيت و آگاهى و هوشيارى فرد را نيز تحت تاثير قرار مى دهد. چيزهايى كه همه از اجزاى تشكيل دهنده هويت يك انسان به شمار مى روند. 
به هر حال دانشمندان آرزوهاى بزرگترى در سر مى پرورانند. آنها هيپوكامپ را به عنوان شروع كار برگزيده اند و آن را سرآغاز ورود بشر به عرصه شناخت همه جانبه كاركردهاى مغز و دخل و تصرف در آن مى دانند. البته بايد توجه داشت كه هيپوكامپ منظم ترين و خط كشى شده ترين بخش مغز است و تاكنون نيز نسبت به ساير اجزاى مغز بيشتر روى آن مطالعه شده است. اگر اين بخش مغز انسان از كار بيفتد عملاً ديگر هيچ رويدادى در مغز انسان به خاطره تبديل نخواهد شد و ياد او تنها قادر به نگهدارى كوتاه مدت اطلاعات خواهد بود. يك چنين وضعى همانند فيلم علمى-تخيلى «ممنتو» محصول سال ۲۰۰۰ است كه قهرمان آن براى به خاطر سپردن هركارى مجبور بود براى خود نشانه اى و يادداشتى حتى روى بدنش خالكوبى كند تا در آينده قادر به يادآورى آن باشد. 

و اما در منزلگاه اينترنتى «سايِنس ديلى»، به نقل از نسخه اينترنتى نشريه «نوروفيزيولوژى» به تاريخ دهم ماه مه ۲۰۰۶ درباره گروه ديگرى از دانشمندان به سرپرستى «پيتر فرمهرتز» در موسسه «ماكس پلانك» در حوالى شهر مونيخ آلمان خبرى آمده است مبنى بر موفقيت اين گروه در ايجاد اتصال ميان يك تراشه كامپيوترى، با بافت زنده مغز موش. ظاهراً اهدافى كه ايشان در اين پژوهش دنبال مى كنند از قبيل فراهم آوردن امكان بررسى آثار مواد دارويى برروى فعاليت نورون ها و يا انجام هرگونه مطالعات ديگرى در مورد نحوه كاركرد سلول هاى مغزى است، اما به هر حال روش كار آنها مشابهت هايى با روش كار دكتر «برگر» دارد. از جمله ايشان نيز برش هايى از هيپوكامپ مغز موش را تهيه كرده اند و آن را برروى تراشه هايى كه روى آنها پر از ترانزيستورهاى حسگر است، كاشته اند. تراكم اين قطعات ريز بر روى هر تراشه به اندازه ۱۶۳۴۸ عدد در هر ميلى متر مربع است و به طور متوسط در هر مربعى به ضلع ۱۰ ميكرون ۶/۱ ترانزيستور قرار مى گيرد و تقريباً به هر سلول عصبى يك ترانزيستور مى رسد. كار اين ترانزيستورهاى حسگر، ثبت فعاليت الكتريكى نورون ها است. به اين ترتيب كه پس از تحريك شدن سلول هاى عصبى، جريان هاى الكتريكى ظريفى در محل پيوند سلول هاى عصبى (يا سيناپس ها) ايجاد مى شود، كه ترانزيستورها همين جريان ها را دريافت و ثبت مى كنند. با اين روش آنها توانسته اند با دقت بيشترى نسبت به روش هاى پيشين، فعاليت و در واقع ارتباطات درونى يك توده زنده از سلول هاى عصبى را مشاهده كرده و از رهاورد آن به بررسى تاثير تركيبات دارويى بر شبكه سلول هاى عصبى بپردازند.

در هر حال دانشمندان سخت در تلاشند تا به درون هزارتوى پيچ در پيچ مغز كه شايد آخرين پناهگاه تسخيرنشده دانش شناخت انسان باشد، نفوذ كنند و به زواياى پنهان آن دست يابند و دير يا زود در اين كار توفيق خواهند يافت. بسيار ممكن خواهد بود كه اين خود سرآغازى باشد بر فصلى نو در تاريخ زندگى بشر چراكه دنياى آينده بر پايه فناورى تركيب پيكرهاى زنده و دستگاه هاى ساخته دست بشر بنا خواهد شد؛ دنيايى كه در آن انسان ها از ذهن هايى توسعه يافته با كارايى بسيار بيشتر از ذهن امروزى ما برخوردار خواهند بود.

http://www.tech2.nytimes.com

http://www.wired.com

http://www.newscientist.com

http://www.sciencedaily.com

ترجمه: فرزين آقازاده

نقل از شرق

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40