دست مصنوعی هوشمند

افرادی که به هر دلیل (دیابت، تصادف و …) دچار قطع عضو شده‌اند، به دنبال اندامی مصنوعی برای جایگزینی عضو از دست رفته خود هستند. دست مصنوعی هوشمند پروتزی است که تقریباً می‌تواند مانند دست واقعی حرکت کند.

یک اتفاق تلخ

صبح روز شنبه، ژوئیه 2019، ملیسا لوومیس زودتر از خواب بیدار شد تا سگ‌هایش را بیرون ببرد. او ایستاده بود و با تلفن خود در حال صحبت بود که ناگهان صدای مهیبی شنید. دو سگ به یک راکون که در بالای حصار قرار گرفته بود حمله کرده بودند. ملیسا مداخله کرد، راکون را در دست گرفت و آن را روی حصار انداخت. در این لحظات بازوی او آسیب دید.

در آن لحظات، شوهرش سر و صداها را شنیده و به بیرون آمد. لومیس به او گفت: “من در آنجا ایستاده بودم که بوسیله راکون آسیب دیدم.”

وی برای درمان به بیمارستان رفت و با استفاده از آنتی‌بیوتیک درمان شد. به نظر نمی‌رسید که مشکل بزرگی باشد. او به کار در جامعه بازگشت. اما چند روز بعد، درد در بازو افزایش یافت و بازو متورم شد. او مجدداً به پزشک رفت. آنتی‌بیوتیک‌های بیشتر هم نتیجه‌ای نداشتند. بعد از یک هفته، یک جراح بازوی او را باز کرد تا عفونت را تخلیه کند، و مشخص شد که وضعیت وخیم‌تر از حد تصور است. بلافاصله در بیمارستان بستری شد. بنابراین، 29 شب کابوس آغاز شد که طی آن 10 عمل جراحی انجام شد و در نهایت بازوی او درست بالای آرنج قطع شد.

این نتیجه برای هیچ کس پیش‌بینی نشده بود، خصوصاً دکتر آجی ای ست، جراح ارتوپدی که پرونده او را به عهده گرفت و هر یک از این عمل‌ها را انجام داد. دکتر ست گفت: “هر عمل جراحی سعی در نجات بازوی او بود. قطع عضو بازوی 43 ساله کاری نیست که شما بخواهید انجام دهید. من هرگز مجبور نشده بودم این کار را برای عفونت انجام دهم. این چیزی است که من همیشه توانسته‌ام صدها بار از شر آن خلاص شوم.”

روزهای سخت بعد از قطع عضو

قطع عضو در حقیقت زندگی لوومیس را نجات داد، اما اکنون زندگی کاملاً متفاوت بود. کارهای روزمره مانند آشپزی را دیگر نمی‌توانست به تنهایی انجام دهد. دوش گرفتن دو برابر بیشتر طول می‌کشید. گره زدن کفش و دکمه‌های چسبان، چیزهایی که خیلی به آن‌ها فکر نمی‌کنید، اکنون بسیار ناامیدکننده بودند. او عادت داشت هر آخر هفته در کمک به سگ‌ها داوطلب شود. حالا او به فیزیوتراپی می‌رفت تا یاد بگیرد که چگونه با شرایط جدید خود سازگار شود.

لوومیس گفت: “در مغز من هنوز دست دارم و فکر می‌کنم که انگشتانم وجود دارند. من می‌توانم آن را حس کنم. من می‌توانم آن را جابجا کنم. این یک نوع سورئال است، زیرا من می‌روم تا کلیدهای اتومبیلم را بگیرم ولی همش یک رویا و توهم است. از یک جنبه، هیچ فرقی نمی‌کند. از جنبه دیگر، همه چیز متفاوت است.”

این دلخوری‌ها با درد شدید و بی‌امان در اندام فانتوم او همراه بود. این قطع عضو به شدت روی دکتر ست تأثیر داشت. در ماه‌های بعد از عمل، او کاملاً به لومیس و خانواده‌اش نزدیک شد. گرچه بازوی او را نتوانست نجات دهد، او عهد کرد که هر کاری را انجام دهد تا عادی‌ترین زندگی را برای بیمار خود فراهم کند.

امیدی دوباره (دست مصنوعی)

پاییز گذشته، چند هفته پس از قطع عضو، وی در یک کنفرانس پزشکی در سیاتل شرکت کرد. در آنجا او یک ارائه جراحی جدید به نام Targeted Sensor Reinnervation (TSR) دید. پیش از این توسط دکتر ژاکلین هبرت از دانشگاه آلبرتا، TSR فقط در کانادا و ایتالیا انجام شده بود، اما هرگز یک بار در ایالات متحده آمریکا نبوده است. اما نتایج امیدوارکننده بودند.

این مبتنی بر یک عمل جراحی مشابه به نام Targeted Muscle Reinnervation (TMR) است که صدها بار در سراسر جهان انجام شده است. TMR به این صورت عمل می‌کند: پس از قطع عضو، اعصاب که کنترل یک دست را به عهده دارند، به سیگنال‌های آتش به سمت اندام غایب ادامه می‌دهند. این منبع درد فانتوم است. با اتصال مجدد آن انتهای عصب به عضله دیگر – مثلاً عضله بالای بازو – آن سیگنال‌ها جایی برای رفتن دارند و یک مدار کامل را تشکیل می‌دهند که درد را تسکین می‌دهد.

بنابراین وقتی شخصی به انگشت شست و انگشت اشاره خود فکر می‌کند، آن سیگنال‌های عصبی اکنون به هر مکانی که اعصاب دوباره جابجا شده‌اند، سفر می‌کنند. این سیگنال‌های عصبی را می‌توان با الکترودهای متصل به پوست تشخیص داد و سپس توسط نرم‌افزار نقشه‌برداری و الگوبرداری کرد. همچنین می‌توان آن‌ها را به صورت بی‌سیم به یکی از بازوهای پروتز مکانیکی در حال توسعه منتقل کرد و به کاربر این امکان را می‌دهد تا با ذهن خود یک اندام بیونیک را کنترل کند.

عمل جراحی نهایی

دکتر ست تصمیم گرفت که می‌خواهد هر دو عمل جراحی را انجام دهد. لوومیس رضایت داد. “حتماً چرا که نه؟” او گفت. “من قبلاً 10 عمل جراحی انجام داده‌ام.” دکتر ست با دکتر هبرت که با وی یک جراح که عمل را انجام داده بود تماس گرفت و توانست او را متقاعد به شرکت در این عمل کند.

در 10 دسامبر، لومیس زیر چاقو رفت. عمل جراحی 16 ساعت به طول انجامید. همانطور که دکتر ست آن را توضیح می‌دهد، عصبی مانند یک قطعه شیرین بیان است که در آن رشته‌های زیادی به هم وصل می‌شوند. او نه تنها مجبور شد اعصاب حرکتی را پیدا و دوباره مسیر دهد، بلکه اعصاب حسی را نیز باید پیدا و دوباره مسیر دهد. این یک روند بسیار خسته‌کننده و ظریف بود.

دست مصنوعی هوشمند (پروتز پیشرفته بیونیک دست)

بازوی بیونیک – که پیشرفته‌ترین آنها از سنسورهایی تشکیل شده است که اطلاعات لمسی را ثبت می‌کنند – از نظر تئوری می‌توانست نه تنها با ذهن مانور دهد بلکه حس لامسه را نیز منتقل کند. در سال 2006، دارپا با هدف طراحی پروتز بهتر برای جانبازان عضو آمریکایی که از افغانستان و عراق باز می‌گشتند، برنامه پروتزسازی را اصلاح کرد.

مایک مک‌لوفلین، مهندس ارشد تحقیقات و توسعه اکتشافی APL گفت: “دارپا نزد ما آمد و گفت که آنها برای دستیابی به این دیدگاه داشتن یک انسان، از طریق رابط با مغز، به کمک نیاز دارند. طراحی یک بازوی بیونیک با هم پیوند عصبی، مستلزم ابتکار و نبوغ و دانش چگونگی جمع‌آوری آنها است.” مک‌لوفلین می‌گوید: “هنگامی که به چیزی شبیه به [MPL] نگاه می‌کنید: این مهندسی مکانیک است، مهندسی الکترونیک است، سیستم‌های نرم‌افزاری، مواد، علوم عصبی، بیوتکنولوژی است. اگر شما هر یک از آنها را دور کنید، موفقیت‌آمیز نخواهد بود.”

قیمت دست مصنوعی هوشمند

در حال حاضر 10 نمونه اولیه MPL (دست مصنوعی) وجود دارد. هرکدام برای تولید حدود 400,000 دلار هزینه دارد. مهمترین مشکل آنها در رساندن آن به بازار مصرف، ارزان کردن آن است. همانطور که می‌گوید، MPL هنوز FDA تأیید نشده است و فقط در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی موجود است. اما در حالی که سایر پروتزهای جدید – مانند DEKA، که توسط دارپا نیز تأمین می‌شود – طراحی شده‌اند تا هرچه سریع‌تر به بازار بیایند، قصد APL متفاوت بود. آنها فقط در تلاش نبودند پروتز بهتری بسازند. آنها در تلاش بودند تا پیشرفته‌ترین بازوی بیونیک ممکن را بسازند.

ویژگی‌ها و مشکلات دست مصنوعی هوشمند

به این ترتیب، MPL با ویژگی‌هایی ساخته شده است – مانند 100 سنسور اندازه‌گیری چیزهایی مانند فشار و دما – که مهندسان APL امیدوار بودند روزی برای یک آمپوتیت مفید باشند، هنگامی که دارو گرفتار شود. یکی از مشکلات بازوی بیونیک تا کنون این است که اگر فقط اطلاعات را به یک راه ارسال می‌کنید – از اعصاب به اندام – نمی‌توانید آن را به طور کامل کنترل کنید. به عنوان مثال، اگر یک قوطی نوشابه بگیرید، آن را خرد می‌کنید، زیرا نمی‌دانید چه موقع فشرده شدن را متوقف کنید. اگر در یک اتاق تاریک گیر کرده باشید، نمی‌توانید راه بیرون رفتن را احساس کنید. شما به بازخورد نیاز دارید.

رویای واقعی

دو طرف اطلاعات را رد و بدل کردند و سرانجام روزی توافق کردند که لوومیس به APL بیاید و بازو را امتحان کند. از یک طریق، لوومیس یکی از مشارکت‌کنندگان مناسب در برنامه پروتئین‌سازی انقلابی است: او از یک خط طولانی از تفنگداران دریایی، از جمله پدرش، که وی را به بالتیمور همراهی می‌کند، می‌آید. در طول سفر، آنها همچنین ترتیب داده بودند تا والتر رید، بیمارستان نظامی را ملاقات کنند. آنها می‌خواستند با سربازانی که قطع عضو شده‌اند صحبت کنند، همان افرادی که MPL برای کمک به آنها طراحی شده بود.

در APL، ده‌ها مهندس و تماشاگران کنجکاو جمع شدند تا ببینند MPL واقعاً چه توانایی‌هایی دارد. MPL زنده شد و به سمت بالا حرکت کرد. انگار لومیس انگشت خود را حرکت می‌دهد. یک مشت، یک علامت صلح، انگشت شست به پا کرد. و وقتی از او خواسته شد که به توپ برسد و توپ را به خود بگیرد، با چشمان بسته این کار را کرد. یک شور و هیجان حیرت‌زده در اتاق پدیدار شد.

دکتر ست در اواخر بعد از ظهر گفت: “من این رویا را در 10 دسامبر داشتم و امروز به واقعیت پیوست. هیچ کس نمی‌تواند بگوید که شما نمی‌توانید دوباره دست یا بازوی خود را احساس کنید. ما این کار را کردیم. شما می‌توانید به همه جانبازان بگویید که ممکن است احساس کنید که چیزی از فلز است.”

لوومیس به طرز شگفت‌انگیزی ساکت بود. در حالی که همه از آنچه که مانند پیشرفتی در علم پزشکی احساس می‌شد شگفت‌زده بودند، او کوچکترین لبخندی بر لب داشت. او بعداً گفت: “من زن بیونیک خواهم شد. بخشی از ربات‌ها هستم.”