رخنه در دهلیزهای هزارتو

● تراشه های سیلیكونی كاركردهای مغز انسان را برعهده می گیرند
هرچه دانش بشر افزون تر می شود و دستان او به نیروی فن توان بیشتری می یابد، دانشمندان را یارای پوشاندن جامه واقعیت بر تن رویاهای جاری بر قلم نویسندگان خوشفكر و خیال پرداز داستان های علمی- تخیلی نیز فزونی می گیرد. هنوز زمان زیادی نمی گذرد از آن هنگام كه برای نخستین بار در فیلم های سینمایی انسان هایی را به تصویر كشیدند كه در سرشان تراشه هایی كوچك كار گذاشته شده تا انجام كارهای خارق العاده برایشان ساده و آسان شود.
احتمالاً در آینده ای نه چندان دور چنین انسان هایی را به چشم خود خواهیم دید البته نه در حال پرواز بر فراز برج ها و ساختمان های بلند كه در كوچه و خیابان و در میان مردم عادی، چرا كه آنها قهرمان های داستان های كودكان نخواهند بود بلكه بیمارانی كه پزشكان تراشه های سیلیكونی در مغزشان كار خواهند گذاشت تا از بیماری هایی مثل آلزایمر نجات یابند. به هر حال باید منتظر نتایج پژوهش ها و آزمایش های دانشمندان بمانیم و آنگونه كه از اخبار برمی آید در گوشه و كنار دنیا موفقیت هایی نیز در این راه حاصل شده است.
اكثر بررسی ها و آزمایش هایی كه تاكنون انجام شده، درباره كاركرد بخشی از مغز به نام «هیپوكامپ» بوده است كه از قرار معلوم وظیفه تبدیل داده های موجود در حافظه كوتاه مدت به خاطرات و محفوظات بلندمدت را بر عهده دارد. برخی از بیماری ها و صدماتی كه نقصان حافظه و فراموشی و از یاد بردن خاطرات را در پی دارند در اثر آسیب دیدگی همین بخش از مغز عارض می شوند. هنگامی كه برای كسی حادثه ناگواری پیش آید امكان دارد كه بخش هایی از مغز او از جمله هیپوكامپ دچار آسیب هایی شده و در نتیجه با اختلالاتی در قدرت یادآوری خاطرات روبه رو شود. دانشمندان مدت هاست در این اندیشه اند كه برای درمان یك چنین مشكلاتی راه علاجی بیابند.
آنها تلاش خود را بر روی ساخت ابزار مصنوعی جایگزینی برای بازسازی عملكرد هیپوكامپ معطوف كرده اند. در این زمینه دست كم از سال ۲۰۰۲ خبرهایی از فعالیت های پژوهشگران در دانشگاه ها و موسسات تحقیقاتی مختلف در رسانه های خبری انعكاس یافته است. ممكن است روزی فرا رسد كه تراشه ای كامپیوتری بتواند همه وظایف هیپوكامپ را در مغز عهده دار شود. این هدفی است كه دكتر «تئودور برگر» استاد مهندسی زیست پزشكی در دانشگاه كالیفرنیای جنوبی در شهر لس آنجلس (UCLA) و مدیر مركز «مهندسی اعصاب» (Neural Engineering)، رشته تازه ای است كه بر مبنای چند رشته گوناگون علمی پا گرفته و كار آن شناخت و دخل و تصرف در عملكرد دستگاه عصبی است) آنجا، در پی تحقق آن است.
وی بیش از یك دهه است كه بر سر این كار وقت صرف كرده است. یكی از انگیزه های او درمان بیماری آلزایمر است. این بیماری نیز انگار كه در مراحل اولیه با كوچك شدن هیپوكامپ آغاز می شود. تراشه ای كه دكتر «برگر» در این سال ها قصد ساخت آن را داشته است شاید در درمان این بیماری نیز به كار آید. اما این تنها بهره ممكن یك چنین ابداعی نخواهد بود بلكه از این طریق اختلالات گفتاری ناشی از سكته و یا مشكلات حافظه بیمار كه در مبتلایان صرع دیده می شود نیز احتمالاً قابل درمان خواهد بود. در واقع گروه پژوهشی دكتر «برگر» از ۶ گروه كوچك تر تشكیل می شود كه طی این مدت در چند آزمایشگاه به كار و تلاش مشغول بوده اند و دانشگاه های كالیفرنیای جنوبی، كنتاكی و ویك فارست از جمله موسساتی هستند كه در این طرح با هم همكاری كرده اند.
اما نه تنها برای عامه مردم كه برای دانشمندان نیز كاركرد مغز و ساختار آن آنقدر پیچیده به نظر می رسد كه حتی امكان ساخت یك عضو مصنوعی كه تنها بخشی از فعالیت های مغز را عهده دار شود نیز بعید می نماید. دكتر «برگر» و همكارانش برای غلبه بر پیچیدگی های مغز انسان قدم به قدم پیش می روند. روشی كه ایشان در پیش گرفته اند در گام اول بر شكل دادن الگوهایی ریاضی برای شبیه سازی روند فراوری اطلاعات در سلول های عصبی هیپوكامپ متمركز بوده است. البته ایشان در آغاز كار مطابق معمول، موش ها را برای آزمایش برگزیده اند چرا كه عملكرد این بخش از مغز آنها به عملكرد عضو نظیرش در مغز انسان شبیه است.
تلاش ایشان در مرحله دوم با طراحی مداراتی ریز و پیچیده بر مبنای این الگوهای ریاضی كامل می شود به نحوی كه كاركرد این مدارهای الكتریكی همانند عملكرد هیپوكامپ از كار دربیاید و آنچه در مرحله سوم باید محقق شود متصل كردن تراشه حامل مدارهای ریز به بافت زنده عصبی و دست آخر به خود مغز است.
اخباری كه در سال های ۲۰۰۳ و ۲۰۰۴ در برخی سایت های خبری شبكه اینترنت منتشر شد از حصول موفقیت هایی در طرح پژوهشی دكتر «برگر» و گروهش حكایت می كرد. از قرار معلوم آنها دو گام اول و دوم را با موفقیت طی كرده اند اما در مورد مرحله سوم انگار كه هنوز در نیمه راه باشند. در دوازدهم مارس ۲۰۰۳ سایت خبری «نیوساینتیست»، خبری را منتشر كرد با عنوان «ساخت نخستین اندام مصنوعی مغزی» كه با ذكر برخی جزئیات، بیش از پیش امكان تحقق اهداف پژوهشگران دانشگاه كالیفرنیای جنوبی را نوید می داد و در خبری دیگر آمده بود كه آنان پس از ایجاد الگوهای ریاضی و پیاده كردنشان بر روی تراشه های كوچك، عملكرد این اندام مصنوعی را نسبت به عملكرد بافت زنده نگه داشته شده مغز موش سنجیده اند و جواب آزمایش تا ۹۵ درصد صحت آن را تایید كرده است اما انگار كه كار هنوز به قرار دادن تراشه بر روی مغز موش زنده و آزمودن آن نرسیده باشد.
براساس آنچه تاكنون در معرض اطلاع عموم قرار داده شده برخی از نكات روش كاری آنها بر ما روشن می شود ازجمله اینكه آنها برای تهیه الگوهای ریاضی، در ابتدا برش های نازكی از هیپوكامپ موش را تهیه می كردند به شكلی كه امكان زنده نگه داشتن این لایه های جدا شده برای یكی دو روز و در محیط مناسب آزمایشگاهی وجود داشته باشد. سپس با دانستن اینكه هریك از این لایه های نازك در بردارنده مدارها و ساختارهای ریز و طبیعی هیپوكامپ است به مطالعه نحوه عملكرد و ارتباطات سلول های عصبی موجود در آن می پرداختند. دكتر «برگر» می گوید: «نورون ها اطلاعات را به صورت پالس هایی با فاصله های معین ارسال می كنند كه فاصله های متفاوت میان پالس ها مانند علامت های مورس دربردارنده رمزها و اطلاعات است.» وقتی كه این سلول های عصبی الگویی را دریافت می كنند از خود واكنش نشان داده، طی فرآیندی الگوی خروجی خاصی را از خود صادر می كنند.
وی در مورد نحوه تقلید رفتار سلول های عصبی می گوید: «ما براساس عملكرد یك نورون در دریافت و پردازش یك علامت ورودی و ارسال علامتی دیگر، الگوهای ریاضی ایجاد كرده ایم تا بتوانیم آن عملكرد را همانندسازی كنیم.» با این اوصاف، كار یك سلول عصبی سیلیكونی این خواهد بود كه به مانند نورونی كه جایگزین آن می شود، با حس كردن ضربان های الكتریكی، پاسخی دهد مشابه آنچه سلول های هیپوكامپ از خود بیرون می دهند. در ضمن این امكان نیز باید به وجود بیاید كه این پاسخ ها از سلول های سیلیكونی به بخش های زنده مغز فرستاده شوند.
اما الگوهای ریاضی مورد بحث طی آزمایش های مكرری به دست آمده اند به این ترتیب كه همه انواع محتمل پیام های الكتریكی ورودی، از یك سو برای بافت زنده برگرفته از مغز ایجاد شده و از سوی دیگر خروجی معادل هریك از آنها ضبط شده است. آنگاه صورت بندی ریاضی مبدلی كه آن ورودی ها را به همان خروجی های ضبط شده تبدیل كند، تهیه شده است. یكی از اساتید مهندسی پزشكی دانشگاه كالیفرنیای جنوبی، دكتر «برگر» را در شكل دادن به این الگوهای ریاضی یاری داده است. وظیفه تبدیل الگوهای ریاضی به مدارات روی تراشه های الكترونیكی ریز را هم یكی دیگر از همكاران دكتر «برگر» به نام دكتر «جان گراناكی» عهده دار بوده است. وی می گوید: «این تراشه ها براساس الگوهای ریاضی تعریف شده عمل می كنند.
آنها درست مانند شبكه ای از سلول های عصبی هیپوكامپ رفتار می كنند.» قصد ایشان در آغاز كار این بوده كه از تراشه هایی شروع كنند كه توان بازسازی عملكرد ۵۰ تا ۱۰۰ سلول عصبی را داشته باشند و آنگاه تراشه هایی با توان بیشتر و معادل ۱۰ هزار سلول بسازند و نهایتاً كل هیپوكامپ را شبیه سازی كنند. دكتر «ساموئل ددویلر»، معاون بخش فیزیولوژی و داروشناسی دانشگاه ویك فارست كه او نیز همكار دیگر دكتر «برگر» بوده است تلاش كرده تا فعالیت های هیپوكامپ مغز موش ها را در هنگامی كه مغز آنها در حال به یادآوری چیزی است و حافظه شان فعال است، ضبط كند. با این كار وی موفق شده است كه تفاوت هایی را در الگوی فعال شدن سلول های هیپوكامپ موش شناسایی كند و بر اساس این تفاوت ها بداند كه چه موقع موش یك آموخته خود را درست به یاد آورده است و چه موقع نادرست.
شایان توجه است كه تاكنون اندام های مصنوعی الكترونیكی، یا به منظور تقویت حواس در كسانی كه دچار ضعف در یكی از حواس پنجگانه خود به ویژه حس شنوایی هستند طراحی می شده و یا برای كمك به كسانی بوده كه مشكلات حركتی دارند و یا فلج اندام ها توانایی حركت را از ایشان سلب كرده است. در این قبیل موارد با اندام های مصنوعی و ابزارهای كمكی این امكان برایشان فراهم می آید كه تكانه ها و پیام های الكتریكی مغزشان به حركت مكانیكی تبدیل شود. اما كاری كه گروه پژوهشی دكتر «برگر» سرگرم آن هستند به كل متفاوت است. ایشان در واقع با كارگذاشتن اندام مصنوعی طراحی شده خود، در عملكرد ادراك مغز دخالت خواهند كرد.
به مانند هر تلاش دیگری كه دانشمندان در شبیه سازی عملكردهای مغزی و فكری انسان انجام می دهند، این بار هم مخالفت هایی از جانب اخلاق گرایان ابراز شده است. «جئل اندرسن» از دانشگاه واشینگتن در ایالت میسوری آمریكا از این جمله است.
وی گمان می كند كه یك چنین ابزاری تنها برروی حافظه تاثیر ندارد بلكه شخصیت و آگاهی و هوشیاری فرد را نیز تحت تاثیر قرار می دهد. چیزهایی كه همه از اجزای تشكیل دهنده هویت یك انسان به شمار می روند.
به هر حال دانشمندان آرزوهای بزرگتری در سر می پرورانند. آنها هیپوكامپ را به عنوان شروع كار برگزیده اند و آن را سرآغاز ورود بشر به عرصه شناخت همه جانبه كاركردهای مغز و دخل و تصرف در آن می دانند. البته باید توجه داشت كه هیپوكامپ منظم ترین و خط كشی شده ترین بخش مغز است و تاكنون نیز نسبت به سایر اجزای مغز بیشتر روی آن مطالعه شده است. اگر این بخش مغز انسان از كار بیفتد عملاً دیگر هیچ رویدادی در مغز انسان به خاطره تبدیل نخواهد شد و یاد او تنها قادر به نگهداری كوتاه مدت اطلاعات خواهد بود. یك چنین وضعی همانند فیلم علمی-تخیلی «ممنتو» محصول سال ۲۰۰۰ است كه قهرمان آن برای به خاطر سپردن هركاری مجبور بود برای خود نشانه ای و یادداشتی حتی روی بدنش خالكوبی كند تا در آینده قادر به یادآوری آن باشد.
و اما در منزلگاه اینترنتی «سایِنس دیلی»، به نقل از نسخه اینترنتی نشریه «نوروفیزیولوژی» به تاریخ دهم ماه مه ۲۰۰۶ درباره گروه دیگری از دانشمندان به سرپرستی «پیتر فرمهرتز» در موسسه «ماكس پلانك» در حوالی شهر مونیخ آلمان خبری آمده است مبنی بر موفقیت این گروه در ایجاد اتصال میان یك تراشه كامپیوتری، با بافت زنده مغز موش. ظاهراً اهدافی كه ایشان در این پژوهش دنبال می كنند از قبیل فراهم آوردن امكان بررسی آثار مواد دارویی برروی فعالیت نورون ها و یا انجام هرگونه مطالعات دیگری در مورد نحوه كاركرد سلول های مغزی است، اما به هر حال روش كار آنها مشابهت هایی با روش كار دكتر «برگر» دارد.
از جمله ایشان نیز برش هایی از هیپوكامپ مغز موش را تهیه كرده اند و آن را برروی تراشه هایی كه روی آنها پر از ترانزیستورهای حسگر است، كاشته اند. تراكم این قطعات ریز بر روی هر تراشه به اندازه ۱۶۳۴۸ عدد در هر میلی متر مربع است و به طور متوسط در هر مربعی به ضلع ۱۰ میكرون ۶/۱ ترانزیستور قرار می گیرد و تقریباً به هر سلول عصبی یك ترانزیستور می رسد. كار این ترانزیستورهای حسگر، ثبت فعالیت الكتریكی نورون ها است.
به این ترتیب كه پس از تحریك شدن سلول های عصبی، جریان های الكتریكی ظریفی در محل پیوند سلول های عصبی (یا سیناپس ها) ایجاد می شود، كه ترانزیستورها همین جریان ها را دریافت و ثبت می كنند. با این روش آنها توانسته اند با دقت بیشتری نسبت به روش های پیشین، فعالیت و در واقع ارتباطات درونی یك توده زنده از سلول های عصبی را مشاهده كرده و از رهاورد آن به بررسی تاثیر تركیبات دارویی بر شبكه سلول های عصبی بپردازند.
در هر حال دانشمندان سخت در تلاشند تا به درون هزارتوی پیچ در پیچ مغز كه شاید آخرین پناهگاه تسخیرنشده دانش شناخت انسان باشد، نفوذ كنند و به زوایای پنهان آن دست یابند و دیر یا زود در این كار توفیق خواهند یافت. بسیار ممكن خواهد بود كه این خود سرآغازی باشد بر فصلی نو در تاریخ زندگی بشر چراكه دنیای آینده بر پایه فناوری تركیب پیكرهای زنده و دستگاه های ساخته دست بشر بنا خواهد شد.

ترجمه: فرزین آقازاده

منبع : روزنامه شرق