الأطراف الاصطناعية البصرية للمستقبل : المكفوفون الذين يرون الحروف “مطبوعة” في دماغهم بواسطة أقطاب كهربائية مزروعة على سطحه: ربما تكون هذه بدايات الأطراف الاصطناعية البصرية في المستقبل!
في الآونة الأخيرة ، قام علماء من كلية بايلور للطب ، في هيوستن بالولايات المتحدة ، بتحفيز سطح دماغ المتطوعين كهربائياً … وبالتالي جعلهم يرون حروفًا غير موجودة! لم تنجح التجربة فقط مع المبصرين ، ولكن أيضًا مع المكفوفين الذين فقدوا بصرهم في مرحلة البلوغ ، وفقًا للدراسة التي نُشرت في 14 مايو 2020 في مجلة Cell . على الرغم من أن هذه التقنية لا تزال في مهدها ، إلا أنه يمكن استخدام أجهزة مزروعة مماثلة في المستقبل لتحفيز الدماغ واستعادة الرؤية جزئيًا لدى الأشخاص ضعاف البصر أو المكفوفين.
جدول المحتويات
يزرع على القشرة
اسمهم: بدلات بصرية. يتم تحفيز هذه الغرسات الموضوعة على القشرة البصرية في الجزء الخلفي من الدماغ كهربائيا بحيث “تتبع” الأشكال التي يمكن للمشاركين رؤيتها منذ تطبيق التحفيز على جزء الدماغ المخصص للرؤية. يمكن أن تعمل الإصدارات الأكثر تقدمًا من هذه الأطراف الاصطناعية بطريقة مشابهة لزراعة القوقعة ، والتي تثير الأعصاب في الأذن الداخلية بمساعدة الأقطاب الكهربائية لتحسين سمع الفرد الذي يرتديها.
قال مؤلفو الدراسة ، عالم الأعصاب مايكل بوشامب وجراح الأعصاب دانيال يوشور ، في رسالة بريد إلكتروني إلى Live Science (يعمل يوشور اليوم في مدرسة بيرلمان الطب في جامعة بنسلفانيا). “القدرة على اكتشاف صورة ظلية أحد أفراد الأسرة أو التحرك بشكل أكثر استقلالية سيكون إنجازًا هائلاً للعديد من المرضى المكفوفين. لذلك تمثل هذه الدراسة خطوة صغيرة نحو تحقيق هذه التقنية.
إقرأ أيضا:إشارات الدخان و تاثيرهالأطراف الاصطناعية البصرية للمستقبل :الفوسفين ، المنتجات المرئية للدماغ
كيف حصل الباحثون على هذه النتيجة؟ لقد صمموا الحروف عن طريق تحفيز الدماغ بتيارات كهربائية ، مما يسمح له بإنتاج الفوسفين – وهي نقاط صغيرة من الضوء يدركها الناس أحيانًا دون دخول أي ضوء حقيقي إلى عيونهم. على عكس الضوء الذي ينعكس على شيء ما في الغرفة ثم يدخل إلى عينيك ، تظهر الفوسفين كنوع من “الغرابة” في نظام المعالجة البصرية ؛ هناك بقع من الضوء ، حتى لو لم تحدث في العالم الحقيقي. ربما رأيت بعضًا من فرك عينيك في غرفة مظلمة. يبدو الأمر كما لو أننا “رأينا نجومًا” ، حدد مؤلفي الدراسة.
يُعرف باسم “الفوسفين الميكانيكي” ، وقد تم وصف هذه النجوم التي تظهر عند فرك عينيك لأول مرة من قبل الفيلسوف اليوناني القديم وعالم وظائف الأعضاء المسمى Alcmaeon ، كما يقول جون بيزاريس ، رئيس مختبر الأطراف الاصطناعية. صور من مستشفى ماساتشوستس العام وأستاذ مساعد جراحة الأعصاب جامعة هارفارد والذين لم يشاركوا في هذه الدراسة. بعد قرون ، في عام 1755 ، اكتشف الطبيب الفرنسي تشارلز لو روي أن تحفيز الدماغ بالكهرباء يمكن أن ينتج أيضًا فوسفينًا “حيًا” – حتى لدى المكفوفين.
في الستينيات ، “بدأ العلماء في تخيل الأطراف الاصطناعية البصرية الممكنة” ، يتابع بيزاريس. قام البعض بزرع أقطاب كهربائية في القشرة البصرية – منطقة الدماغ التي تعالج المعلومات من العين – بهدف توليد الفوسفين وتجميعها في أشكال متماسكة. ثم تكهن العلماء أنه إذا قاموا بتحفيز مواقع متعددة في القشرة ، فإن العديد من الفوسفينات ستظهر و “تتجمع تلقائيًا” في أشكال واضحة ، مثل الكثير من وحدات البكسل الفردية على شاشة الكمبيوتر ، كما لاحظ مؤلفو الدراسة.
إقرأ أيضا:ما هي تأثيرات البدر على الجسم“لكن الدماغ أكثر تعقيدًا بكثير من شاشة الكمبيوتر ، ولأسباب لم نفهمها تمامًا بعد ، من الصعب جدًا إنتاج أشكال يمكن التعرف عليها من تركيبات الفوسفين ،” يعترف بوشامب ويوشور. ولكن بعد أن واجهوا نفس العقبة لأول مرة أثناء دراستهم ، وجدوا طريقة للتغلب عليها.
ضع الأقطاب الكهربائية مباشرة على الدماغ
وضع الفريق سلسلة من الأقطاب الكهربائية على القشرة البصرية لخمسة مشاركين ، ثلاثة منهم مبصرون واثنان مكفوفان. على وجه التحديد ، تم وضع الأقطاب الكهربائية فوق منطقة من الدماغ تسمى V1 ، حيث يتم توجيه المعلومات من شبكية العين للمعالجة والتحليل في وقت مبكر. كان على الأشخاص المبصرين المناسبين للتجربة في أي حال أن يتم قطع جماجمهم وزرع أقطاب كهربائية كجزء من علاج ضد الصرع ، لمراقبة نشاط الدماغ في حالة حدوث نوبة: ثم استفدنا من ذلك. لتحفيز البصر. منطقة V1. أما المكفوفين فكانوا يشاركون في دراسة أخرى عن الأطراف الصناعية البصرية وزرعوا الأقطاب الكهربائية في ذلك الوقت.
تعمل المنطقة المرئية V1 كخريطة تتوافق مناطقها مع المناطق المختلفة لمجال الرؤية لدينا. وجد الباحثون أنه إذا قاموا بتنشيط قطب كهربائي واحد في كل مرة ، فقد رأى المشاركون بشكل موثوق فوسفينًا (بقعة ضوئية) يظهر في المنطقة المقصودة. ومع ذلك ، إذا تم تنشيط العديد من الأقطاب الكهربائية في نفس الوقت ، فلا تزال الفوسفينات الفردية تظهر ، ولكنها لم تتجمع في أشكال متماسكة.
إقرأ أيضا:اللغة العربية التونسيةالأطراف الاصطناعية البصرية للمستقبل : اتبع المسار المضيء
لذلك حاول فريق يوشور إستراتيجية مختلفة. هذه المرة ، بدأت من الفرضية القائلة بأنه من خلال “كنس تيار كهربائي” عبر عدة أقطاب كهربائية ، فإنها ستتتبع أنماطًا على سطح الدماغ وبالتالي تنتج أشكالًا يمكن التعرف عليها. “تم ضبط الدماغ بدقة لاكتشاف وتوقع التغييرات في بيئتنا” ، لذلك اعتقد الباحثون أن العضو يجب أن يتبع مسار الفوسفين المقدم واحدًا تلو الآخر.
قال بيتر رولفسيما ، مدير المعهد الهولندي لعلم الأعصاب في أمستردام ، والذي لم يشارك في الدراسة ، لـ Live Science عبر البريد الإلكتروني ، إن غرسات القوقعة الصناعية تستخدم استراتيجية مماثلة لتوليد أصوات مختلفة . “لنفترض أن القطب 1 يعطي نغمة عالية والإلكترود 2 نغمة أقل قليلاً ،” كما يقول. من خلال تمرير تيار كهربائي عبر القطبين ، “تحصل على درجة صوت وسيطة بين القطبين 1 و 2”.
القشرة
اكتشف فريق يوشور أن بإمكانهم تحقيق شيء مشابه للرؤية. نجح الباحثون في جعل الفوسفين يظهر بين مواقع قطبين منفصلين ، وبالتالي ربط النقاط بينهما. باستخدام هذه التقنية ، قاموا برسم أشكال الحروف ، مثل “W” و “S” و “Z” ، على سطح المنطقة V1 ؛ كان لا بد من رسم الأشكال رأسًا على عقب ، لأن هذه هي الطريقة التي تصل بها المعلومات المرئية عادةً إلى القشرة البصرية من أعيننا.
في النهاية ، تمكن المشاركون من رؤية الأشكال المرسومة على قشرتهم الدماغية وإعادة إنتاجها بدقة على شاشة تعمل باللمس. عندما بدأ الأشخاص في رؤية الحروف تتشكل في أذهانهم ، “ربما كانوا على الأقل متحمسين مثلنا ، إن لم يكن أكثر!” »، يخبر بوشامب ويوشور لايف ساينس .
الأطراف الاصطناعية البصرية للمستقبل : أقطاب اختراق أعمق
كتب Roelfsema في رسالة نُشرت في مجلة Cell مع مقال هذه الدراسة: “لا يزال هناك عدد من التحديات التي تنتظرنا” قبل أن تنطبق نتائج البحث على الوسائل البصرية التي يرتديها المكفوفون .
وفقًا لفريق يوشور ، في المستقبل . من المحتمل أن تحتوي مساعدات الرؤية على “عدة آلاف من الأقطاب الكهربائية” ، في حين أن تلك التي في دراستهم تحتوي على بضع. عشرات فقط. بالإضافة إلى ذلك ، “يمكن تصميم هذه الأقطاب الكهربائية لاختراق القشرة ، بحيث تكون نهاياتها أقرب. إلى الخلايا العصبية التي تقع تحت السطح القشري بعدة مئات من الميكرونات”.
يحدد بيزاريس أن الأقطاب الكهربائية التي تدخل الدماغ تولد. بالفعل فوسفينًا أكثر دقة مع مجالات كهربائية أضعف من تلك التي تتطلبها الأقطاب الكهربائية الموجودة على سطح الدماغ. وجد أن الأقطاب الكهربائية السطحية تستخدم مجالات كهربائية قوية للوصول إلى خلايا المخ في الأنسجة ، مما يتسبب في بعض الأحيان في تحفيز متزامن للخلايا العصبية المجاورة أو المتداخلة.
لكي تعمل الوسائل المساعدة على الرؤية بكامل طاقتها . سيكون من الضروري أيضًا ابتكار أقطاب كهربائية جديدة تظل متوافقة مع أنسجة المخ لفترات طويلة من الزمن ، كما يقول رولفسيما لـ Live Science . ويضيف بيزاريس: “بالنسبة لبعض المرضى ، قد تكون الأقطاب الكهربائية .السطحية أكثر فعالية ، بسبب المخاطر المرتبطة بزرع أقطاب كهربائية في عمق الدماغ”. “هناك العديد من الأسباب المختلفة للعمى”. لدرجة أن بعض المرضى يهتمون أكثر بالاستفادة من الأقطاب الكهربائية المزروعة في العمق . والبعض الآخر ، والأقطاب الكهربائية السطحية ، والبعض الآخر ، الأطراف الصناعية الموضوعة مباشرة في الشبكية ، والتي لا تتطلب سوى جراحة العيون.
عنصر أساسي: برنامج الرؤية
وقبل كل شيء ، “لكي تكون الوسائل المساعدة على الرؤية مفيدة حقًا للمكفوفين ، سيحتاجون إلى تحسين نوعية حياتهم” ، كما يقول بوشامب ويوشور. هذا يعني أنه بالإضافة إلى تحسين الأقطاب الكهربائية وتشغيلها ، سيحتاج العلماء إلى تطوير برنامج موثوق يساعد المستخدم على تصفية المعلومات المرئية ومعالجتها. وبمجرد تجميعها ، سيحتاج النظام بأكمله إلى أداء جيد بما يكفي ليستخدمه الناس بالفعل.
يقول بيزاريس عن الوسائل المساعدة على الرؤية: .”أحد الأشياء الأساسية التي يجب أن نضعها في الاعتبار هو أن العمى ليس مرضًا لا يمكن علاجه ، وبالتالي يجب التغلب .على المخاطر بفوائد كافية”.
الأطراف الاصطناعية البصرية للمستقبل : الخلايا الجذعية في شبكية العين
تفتح الخلايا الجذعية المكتشفة في شبكية العين .طريقًا جديدًا للعلاج لواحد من الأسباب الرئيسية للعمى أو الضمور البقعي المرتبط بالعمر أو AMD.
هل سنكون قادرين يومًا ما على تجديد خلايا الظهارة الصبغية في الشبكية ، والتي يكون الخلل الوظيفي فيها هو سبب AMD؟ هذا ما يقترحه عمل فريق Sally Temple التابع لمعهد Rensselaer للخلايا الجذعية العصبية في الولايات المتحدة. من خلال زراعة مثل هذه الخلايا المأخوذة .من متبرعين متوفين في ظل ظروف مختلفة ، أثبت علماء الأحياء ، من بينها ، وجود مجموعة سكانية فرعية من .الخلايا الجذعية متعددة القدرات ، أي قادرة على التمايز إلى عدة أنواع من الخلايا – بما في ذلك الخلايا الظهارية الصبغية للشبكية.
هذه الظهارة عبارة عن طبقة من الخلايا
هذه الظهارة عبارة عن طبقة من الخلايا التي تبطن قاع الشبكية وتضمن الأداء السليم لخلايا العين وقضبانها ومخاريطها. AMD ، السبب الرئيسي لضعف البصر والعمى في البلدان الصناعية – يصيب سبعة في المائة من الأشخاص فوق سن 75 – يرجع إلى الاختفاء التدريجي لهذه الخلايا. لا يوجد حتى الآن علاج للشكل الأكثر شيوعًا ، والمعروف باسم AMD “الجاف” أو الضموري. إحدى الطرق التي تم استكشافها من قبل عدة فرق تتكون من تطعيم خلايا ظهارة صبغة الشبكية في شبكية العين التي يتم إنتاجها.
في المختبر من الخلايا الجذعية الجنينية (الخلايا الجذعية الجنينية) أو الخلايا الناتجة عن تعدد القدرات (خلايا iPS). أي قادرة على التمايز إلى خلايا n ” أي من الطبقات الجنينية الثلاث .(أثناء التطور الجنيني . تنتج هذه الطبقات أعضاء الفرد المستقبلي). ومع ذلك ، فإن هذه الاستراتيجية حساسة ، لأنه بحكم خصائصها ، يمكن للخلايا متعددة القدرات (ES أو iPS) أن تولد الأورام.
من خلال اكتشاف الخلايا الجذعية في الظهارة الصبغية لشبكية العين البشرية البالغة . يمهد علماء الأحياء الأمريكيون الطريق لطريق جديد: في الثقافة ، وتحت ظروف معينة . تتمايز هذه الخلايا الجذعية. متعددة القدرات إلى خلايا من الظهارة الصباغية. هل هناك حالات مشابهة من شأنها أن تنشط تمايزهم في شبكية الأشخاص المصابين بالمرض ، وبالتالي التجدد في الموقع؟ظهارة معيبة؟ بعض الحيوانات .
ذوات الدم البارد ، مثل البرمائيات ، لديها بالفعل هذه القدرة على تجديد الظهارة الصبغية وأنسجة العين الأخرى عند تلفها. الخطوة التالية: تشريح الآلية التي تنشط تمايز هذه الخلايا الجذعية الجديدة – البيانات الأساسية لتطوير الظروف المواتية لتجديد الظهارة في الموقع .
