دستگاههای نوارمغزی مشکلات زیادی دارند/بررسی مغز بدون نیاز به پزشک

به گزارش خبرنگار مهر، احسان کامرانی متولد شهر پلدختر لرستان است. وی در سال ۱۳۸۱کارشناسی مهندسی پزشکی خود را از دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی و فوق لیسانس برق و کنترل را نیز در سال۱۳۸۳ از دانشگاه تربیت مدرس تهران گرفت. سپس برای ادامه تحصیل به انگلستان و سپس کانادا و امریکا رفت.

کامرانی دکتری خود را با موفقیت در رشته مهندسی پزشکی از پلی تکنیک مونترال کانادا به اتمام رسانده و فوق دکترای مهندسی بیواپتیک را از دانشگاه هاروارد امریکا و فوق دکترای نانو مواد پزشکی را از دانشگاه پوهانگ کره جنوبی دریافت کرده است.

وی در حال حاضر مدرس و محقق دانشکده پزشکی دانشگاه هاروارد بوده و در رشته مهندسی پزشکی به تدریس و تحقیق می پردازد.

دکتر کامرانی اخیرا موفق به انجام پروژه مهمی شده که می تواند تحول عظیمی را در علم پزشکی به دنبال داشته باشد. وی برای اولین بار در دنیا موفق به ساخت نخستین دستگاه نوار مغزی شده که با کمک حسگرها می تواند عملکرد دو دستگاه ام آر ای و نوار مغزی را در یک زمان در اختیار پزشکان و متخصصان قرار داده و به تصویربرداری از مغز بپردازد.

دکتراحسان کامرانی، محقق دانشکده پزشکی دانشگاه هاروارد در گفتگویی با خبرگزاری مهر به تشریح آخرین فعالیت های خود پرداخته است.

*آقای کامرانی برای اولین سوال در رابطه با عملکرد این دستگاه بفرمایید که می تواند کارکرد همزمان دو دستگاه ام آر آی و نوار مغزی را داشته باشد؟

این پروژه تکنیک جدیدی برای تصویربرداری از مغز بود. دو نوع فعالیت در مغز صورت می گیرد، برخی از فعالیت ها را نورونی یا الکتریکی می نامند که با دستگاهی مثل الکتروآنسفالوگرام یا EEG می توان به ثبت سیگنال های الکتریکی مغز پرداخت. در این روش، الکترودهایی روی مغز قرار می گیرند تا به ثبت چنین فعالیت هایی بپردازند.

این روش جزو متداول ترین روش هایی است که پزشکان برای تصویربرداری از مغز استفاده می کنند. از سوی دیگر، مطالعه تغییرات جریان خون (همودینامیک) با استفاده از دستگاهی مثل ام آر آی (MRI) انجام می شود. اما تا پیش از این دستگاهی وجود نداشت که بتواند هر دو عملکرد را با هم انجام دهد و پزشکان مجبور بودند تا از دستگاه های متعدد به صورت مجزا و همزمان استفاده کنند.

دستگاه هایی که در حال حاضر استفاده می شوند دارای معایب و مشکلات زیادی هستند. برای مثال، در مورد برخی از بیماری ها که نیازمند مانیتورینگ پیوسته و طولانی مدت فعالیت های مغزی بیمار هستند، این طور نیست که بیمار به مرکز درمانی مراجعه کند و در مدت زمانی مثلا ۱۰ دقیقه فعالیت های مغزیش ثبت شوند. بلکه بیمار باید ساعت ها و حتی روزها در بیمارستان بستری شده و تکنسین ها به صورت ۲۴ ساعته به ثبت فعالیت های مغزی بیمار بپردازند.

این روش نه تنها هزینه های بسیاری را به بیماران تحمیل می کند بلکه یک تکنسین نیز باید دائما مراقب بیمار باشد. از سوی دیگر، دستگاهی را تصور کنید که در مدت زمان طولانی باید به یک نفر اختصاص داشته باشد و می تواند مرکز درمانی را با مشکلات متعددی مواجه کند.

از دیگر معایب دستگاه هایی که در حال حاضر استفاده می شوند باید به زمان بر بودن نصب الکترودهای دستگاه هایی مانند ای ای جی بر بدن بیماران اشاره کرد که گاهی حدودا دو ساعت زمان نیاز است تا بتوان دستگاه را برای گرفتن سیگنال از مغز بیمار آماده کرد. این موضوع یکی از مهمترین معایب چنین دستگاه هایی است زیرا در شرایط اورژانسی سریعا باید از فعالیت های مغز آگاه شد تا بتوان به نجات جان بیماران پرداخت.

در نتیجه به فکر ساخت دستگاهی بودم که نسبت به دستگاه های دیگر ارزان تر بوده و قابل حمل نیز باشد. برای مثال، بیمار دیگر مجبور نباشد ۲۴ ساعت در بیمارستان بستری شود یا یک تکنسین دائما مراقب بیمار بوده و به ثبت فعالیت های مغزی او بپردازد.

دومین کاربرد مهم این دستگاه می تواند برای معلولان یا افرادی سودمندی باشد که از ناتوانی حرکتی رنج می برند. در بسیاری از بیماران، اندام حرکتی و فعالیت های مغزی کاملا سالم گزارش می شوند اما ارتباط بین مغز و اندام از کار افتاده و در نتیجه، ارسال سیگنال های مغزی به اندام های حرکتی بدون هیچ عکس العمل یا پاسخی همراه هستند.

در صورتی که این دستگاه ارائه شده می تواند ارتباط دوباره ای را بین اندام های حرکتی و فعالیت های مغزی برقرار کند.

این دستگاه علاوه بر کاربردهای پزشکی می تواند در بازی و سرگرمی نیز مفید باشد. برای مثال، بسیاری دوست دارند که بدون حرکت دستانشان بازی کنند و این دستگاه می تواند آنها را وارد فضای واقعیت مجازی کند.

*آقای کامرانی آیا سنسورها باید در جاهای خاصی از بدن نصب شوند تا بتوان عملکرد مورد نظر را از آنها دریافت کرد؟

بله، مثلا اگر بخواهیم عملکرد مغز را بررسی کنیم، سنسور را روی پیشانی قرار می دهیم تا بتوانیم سیگنال های کلی را دریافت کنیم. یا در زمان دیگری که به دنبال رصد و کنترل فعالیت های کلامی هستیم، سنسورها در جایی قرار می گیرند که بتوان به چنین بررسی پرداخت زیرا منطقه قرار گرفتن سنسور با توجه به فعالیت و عملکرد خاصی که مد نظر داریم، مهم است. اما ورژنی از این سیستم وجود دارد که در یک زمان می تواند چندین فعالیت مانند عملکرد بینایی، شنوایی و ... را به جای یک سنسور با چند سنسور تحت کنترل داشت.

* آقای دکتر در انجام این پروژه با محدودیت یا مشکل خاصی نیز مواجه بودید؟

بله، مشکلی که وجود داشت این بود که دستگاه در ابتدا صرفا فعالیت همودینامیک یا ام آر آی را اندازه گیری کرده و اطلاعات مستقیمی راجع به فعالیت های الکتریکی که ای ای جی به ما می دهد را منتقل نمی کرد.  اما با تحقیق دیگری مشخص شد که رابطه غیر مستقیمی بین فعالیت های همودینامیک با نورون ها وجود دارد. سپس در فرآیند دیگری، این ارتباط را مدل کردیم و با سیگنال هایی که ثبت شده بودند به مقایسه پرداخته و به نتایج معنا داری رسیدیم. سپس از سیگنال های با معنا مدلی درست کردیم تا به تخمین فعالیت نورونی بپردازیم.

با استفاده از چنین تکنیک و دستگاهی واحد موفق به بررسی فعالیت های نورونی و همودینامیک در قالب یک دستگاه شدیم.  دستگاهی که تا پیش از این وجود نداشته و مهمتر آنکه بدون نیاز به حضور پزشک می تواند به بررسی فعالیت های مغز بپردازد.

این پروژه مراحل تکمیلی خود را طی می کند تا پس از ۴ یا ۵ سال وارد کلینیک های پزشکی و بیمارستان ها شود.

* درباره شیوه و روش ساخت این دستگاه بفرمایید

در ساخت این دستگاه از تکنیک جدیدی استفاده شد که بتواند فعالیت های مغز را به طور کامل ترجمه کرده و غیرتهاجمی نیز باشد یعنی مشکلی را برای شخص ایجاد نکند. مشکل از این نظر که ای ای جی، دستگاهی الکتریکی است و در دراز مدت بخاطر پارازیت های ارسالی می تواند مشکلات متعددی را برای بدن ایجاد کند یا ام آر ای که الکترومغناطیس است. تماس طولانی مدت با این امواج می تواند به بدن شخص آسیب بزند.

در این پروژه به جای استفاده از امواج الکترومغناطیس یا الکتریکی از نور استفاده کردیم چون تماس با نور کم شدت با طول موج های مرئی و نزدیک به مادون قرمز کاملا ایمن است و حتی در دراز مدت تهدیدی برای بدن محسوب نشده و مشکلی ایجاد نمی کند. در این روش و برای تصویربرداری از مغز از فیبر نوری استفاده کردیم که مبنای بسیار ساده ای دارد. نور با طول موج خاصی در محدوده مادون قرمز که دیده نمی شود به مغز تابانده می شود. این روش از قدرت نفوذ بالایی به مغز برخوردار است که می تواند اطلاعات بیشتری را در اختیار پزشکان قرار داده و آنها با استفاده از دتکتورهای فوق العاده حساس، نوری که از مغز برگشت داده می شود را اندازه گیری کرده و به مانیتور فعالیت های مغز می پردازند.

کاربران برای استفاده از این دستگاه می توانند یک نوار چسب هوشمند Smart patch را بر روی پیشانی خود قرار داده و با روشن کردن اسمارت فون و اپلیکیشن خاصی که برای این کار در نظر گرفته شده به دریافت و ثبت سیگنال های مغزی بپردازند.

ساخت این دستگاه بسیار ساده و ارزان قیمت است زیرا فقط به یک منبع نوری، دتکتور و آی سی نیاز است. از دیگر قابلیت های این دستگاه باید به قابل حمل بودن، ثبت فعالیت های مغزی به صورت اتوماتیک و بدون نیاز به تکنسین ها و همینطور دریافت سریع سیگنال ها را اشاره کرد که معایب دستگاه های گذشته را از بین می برد. جالب است بدانید که با استفاده از این سیستم می توان امواج مغزی را شناسایی کرده وبه کمک آن ‌دستورات مغزی را دریافت و پس از ترجمه به رایانه ارسال کرد.

*آیا این دستگاه در پروژه ها و تحقیقات پلیس یا سیستم قضایی و قانونی نیز می تواند استفاده شود؟ مثلا اگر کسی مرتکب جرمی شده ولی از اعتراف به آن سر باز می زند، با استفاه از این دستگاه می توان به خواندن ذهن متهم پرداخت؟

بله. تمامی تکنولوژی های جدید مشابه یا تکنیک هایی که بدین شیوه خلق می شوند، دارای استفاده های خوب و بد زیادی هستند. در حال حاضر، دستگاه هایی مثل دروغ سنج نیز وجود دارند که ممکن است در سیستم های قضایی و قانونی کشورها نیز استفاده  شوند. عملکرد دستگاه دروغ سنج بدین شکل است که با استفاده از دستگاه هایی نظیر EEGو ECG و MRI فعالیت های مغز و قلب و عروق کنترل می شوند. زمانی که شخص صحبت می کند، با استفاده از این دستگاه می توان به رصد قسمت هایی از مغز پرداخت که با صحبت کردن فعال شده اند.

به کمک تکنیک های جدیدی نظیر نقشه برداری از مغز یا Brain maping نیز می توان به مطالعه فعالیت قسمت های مختلف مغز پرداخت که نقشه کاملی از محل و نحوه پاسخ و فعالیت مغز با هر فعالیت و حرکتی ارائه می کند. در رابطه با دستگاه دروغ سنج نیز چنین مکانیسمی وجود دارد و زمانی که شخصی دروغ می گوید قسمت خاصی از مغز شروع به فعالیت می کند.

اما در صورتی که تصویر کامل تری از مغز ارائه شود، می توان از عملکرد دستگاه دروغ سنج نیز مطمئن تر بود. مثلا اگر دستگاه های دروغ سنجی که در سیستم های قضایی و قانونی استفاده می شوند، ضعیف باشند، متهم به سادگی می تواند دستگاه را فریب داده و دستگاه این طور نتیجه گیری می کند که شخص دروغ نمی گوید. اما اگر دستگاه هایی که استفاده می شوند همانند این سیستم ذهن خوان باشند، کوچکترین فعالیت های عصبی و همودینامیکی مغز به طور همزمان و به صورت پیوسته مانیتور می شوند و متهم به سادگی نمی تواند دستگاه را فریب بدهد.

حتی عکس این قضیه را هم می توان متصور بود، بدین معنا که اگر می توان سیگنال های مغزی را ترجمه کرد پس می توان با تحریک برخی از قسمت های مغز شخص را ناخواسته وادار به انجام کاری کرد و این مساله می تواند کاربردهای مفید و سودمندی را در برداشته باشد. برای مثال، در بیماران و معلولان حرکتی که از مغز و همینطور اندام حرکتی سالمی برخوردارند ولی ارتباط بین مغز و اندام های حرکتی قطع شده با استفاده از این روش می توان سیگنال ها را تحریک کرد تا به قسمت های مختلف بدن بیمار فرمان حرکت بدهند.

از دیگر کاربردهای این روش می توان به کنترل اشخاص از راه دور اشاره کرد که شاید باز هم کمی شبیه به فیلم های علمی تخیلی باشد اما با داشتن کد سیگنال مغزی یک شخص می توان به ارسال سیگنال هایی پرداخت که مغز را ناخواسته وادار به انجام کاری کند که شخص حتی به انجام آن نیز فکر نمی کند.

تمام این موارد فقط در فیلم ها نیستند و می توانند در دنیای واقعی نیز به حقیقت بپیوندند. بسیاری از تکنولوژی هایی که در سال های اخیر و بخصوص پس از سال ۲۰۱۰ میلادی ساخته شده اند با الهام از همین فیلم های علمی تخیلی بوده اند.

وی در پایان گفت: حرکت عملی در مسیر پیشرفت و موفقیت واقعی صرفا با هدفمندی، گذشت، سعه صدر، تلاش مستمر، مسئولیت پذیری، مدیریت سازنده در فضایی با رقابت آزاد، مثبت و سازنده هموار می شود. نباید از رقابتی شدن فضای کار و تحقیق ترسید و با هموار کردن مسیر و برداشتن موانع و بروکراسی های طولانی اداری غیرضروری اجازه داد تا محققان ایرانی داخل و خارج از کشور که دلسوز مردم و کشورشان هستند وارد این فضا شده و بتوانند به کشورشان خدمت کنند.