ایمپلنت بی‌سیم نورث‌وسترن: آموزش مغز به درک نور به‌عنوان یک حس جدید

فناوری جدید برای انتقال مستقیم اطلاعات به مغز

پژوهشگران دانشگاه نورث‌وسترن آمریکا در یک پیشرفت مهم در حوزه نوروبیولوژی و بیوالکترونیک، دستگاهی بی‌سیم، نرم و انعطاف‌پذیر ابداع کرده‌اند. این دستگاه بدون عبور از مسیرهای حسی طبیعی بدن، الگوهای نوری را مستقیماً روی قشر مغز تابانده و نورون‌ها را تحریک می‌کند.

نحوه عملکرد ایمپلنت نوری

ایمپلنت طراحی شده زیر پوست سر و روی استخوان جمجمه قرار می‌گیرد. برخلاف ابزارهای قدیمی که وارد بافت مغز می‌شدند، این مدل نور را از طریق استخوان عبور داده و بخش‌های وسیعی از قشر مغز را هدف قرار می‌دهد. این دستگاه الگوهای دقیق و برنامه‌ریزی‌شده نور را برای تحریک نورون‌ها ارسال می‌کند.

آموزش مغز برای درک حس مصنوعی

در آزمایش‌ها، پژوهشگران با استفاده از نورهای بسیار کوچک و پرفرکانس، گروه‌های خاصی از نورون‌ها را در مدل‌های حیوانی فعال کردند. موش‌های مورد آزمایش به‌طور ژنتیکی برای پاسخ‌دهی به نور تنظیم شده بودند و به سرعت آموختند که هر الگوی خاص از نور به معنای یک نشانه مشخص است.

حیوانات بدون استفاده از هیچ حس طبیعی از این سیگنال‌های مصنوعی برای تصمیم‌گیری و انجام یک رفتار هدفمند استفاده کردند.

تشخیص کد‌های مغزی مصنوعی توسط حیوانات

در فرآیند آزمایش، موش‌ها یاد گرفتند که یک الگوی مشخص از نور نشانه رسیدن به یک پاداش در قسمت خاصی از محفظه آزمایش است. در هر بار تحریک، ایمپلنت یک الگوی دقیق را در چهار ناحیه متفاوت قشر مغز ارسال می‌کرد. موش‌ها با انتخاب مداوم مسیر صحیح نشان دادند که پیام نوری را دریافت و رمزگشایی کرده‌اند؛ به این ترتیب رفتار آنها به‌عنوان بازخوردی برای درک حس جدید عمل می‌کرد.

طراحی پیشرفته و کاربردهای گسترده

آرایه ۶۴ میکرو LED

نسخه جدید این دستگاه به جای یک منبع نور، از آرایه‌ای شامل ۶۴ میکرو LED استفاده می‌کند که می‌تواند الگوهای بسیار متنوعی از تحریک نوری ایجاد کند. ترکیب‌های مختلف شدت، فرکانس و ترتیب زمانی نور، تعداد تقریباً بی‌نهایتی از الگوها را امکان‌پذیر می‌سازد.

• اندازه: تقریباً اندازه یک تمبر پستی.
• ضخامت: نازک‌تر از یک کارت بانکی.
• مکانیسم: قرارگیری روی استخوان جمجمه و عبور نور از آن.

چشم‌انداز کاربردهای آتی

این دستاورد در آینده می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای در حوزه‌های مختلف داشته باشد:

• ایجاد حس مصنوعی برای اندام‌های رباتیک.
• کمک به فناوری‌های بینایی و شنوایی.
• مدیریت درد بدون دارو.
• بازتوانی پس از آسیب یا سکته.
• کنترل بهتر اندام‌های مصنوعی با مغز.

نتایج این تحقیق مهم در تاریخ ۸ دسامبر در مجله معتبر Nature Neuroscience منتشر شده است.

گام‌های بعدی پژوهشگران

حالا که مشخص شده مغز می‌تواند الگوهای نوری را به‌عنوان اطلاعات معنادار تفسیر کند، پژوهشگران قصد دارند توالی‌های پیچیده‌تری را آزمایش کنند تا ظرفیت یادگیری مغز را بسنجند. نسخه‌های پیشرفته‌تر این ایمپلنت ممکن است شامل:

• LED‌های بیشتر و با فاصله کمتر.
• پوشش وسیع‌تر قشر مغز.
• استفاده از طول موج‌های جدید برای دسترسی به نواحی عمیق‌تر مغز.

این دستاورد می‌تواند مسیر ایجاد حس‌های مصنوعی و ارتباط مستقیم‌تر میان مغز و فناوری را متحول کند و گامی بزرگ به سوی ساخت سیستم‌های ادراک مصنوعی است.