علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
A locked-in man has been able to communicate in sentences by thought alone
( Jessica Hamzelou – بقلم: جيسيكا هامزيلو)
ملخص المقالة:
تمكن رجل ألماني مشلول تماما [أصيب بالتصلب الجانبي الضموري في 2015 وفقد القدرة على الكلام والمشي ويعتمد على جهاز التنفس الصناعي منذ يوليو 2016] من توصيل جمل كاملة باستخدام جهاز يسجل نشاط دماغه، بعد ان تم تدريب عقله على استخدام جهاز مزروع في دماغه، حيث تسجل واجهات الدماغ والحاسوب الإشارات الكهربائية وتحولها الى أوامر تتحكم في الجهاز. وهذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها شخص مشلول تماما من التواصل بهذه الطريقة.
( المقالة )
في سابقة عالمية، تمكن الرجل من طلب الحساء والبيرة وحتى التحدث عن ابنه لأول مرة منذ أن أصيب بالشلل التام.
تمكن رجل مشلول تماما من توصيل جمل كاملة باستخدام جهاز يسجل نشاط دماغه. وكان الرجل قادرًا على تدريب عقله على استخدام الجهاز، الذي تم زرعه في دماغه، وطلب التدليك والحساء والبيرة، ومشاهدة الأفلام مع ابنه. ويقول الباحثون وراء العمل إن هذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها شخص محبوس تماما – شخص واع وقادر إدراكيا ولكنه مشلول تماما – من التواصل بهذه الطريقة.
وتسجل واجهات الدماغ والحاسوب الإشارات الكهربائية داخل دماغ الشخص وتحولها إلى أوامر تتحكم في الجهاز. وفي السنوات الأخيرة، مكنت واجهات الدماغ والحاسوب الأشخاص المصابين بالشلل الجزئي من التحكم في الأطراف الاصطناعية أو التواصل بـ “نعم” أو “لا” بسيطة عن طريق التفكير وحده. ولكن هذه هي المرة الأولى التي يستخدم فيها شخص محبوس تماما، وغير قادر حتى على التحكم في حركات عينيه، واجهة الدماغ والحاسوب لتوصيل جمل كاملة.
ويقول البروفيسور جيمي هندرسون، جراح الأعصاب في جامعة ستانفورد، الذي لم يشارك في العمل: “من الرائع حقا أن تكون قادرا على إعادة التواصل مع شخص ما في حالة حبس تماما”. ويضيف: “بالنسبة لي، هذا اختراق هائل ومن الواضح أنه ذو مغزى كبير للمشاركين في البحث”.
وقد تم تشخيص الرجل، الذي يعيش في ألمانيا، بأنه مصاب بالتصلب الجانبي الضموري (ALS) في أغسطس 2015، عندما كان عمره 30 عاما. والتصلب الجانبي الضموري هو مرض عصبي نادر وتدريجي يؤثر على الخلايا العصبية المشاركة في الحركة. وبحلول نهاية العام، لم يكن قادرا على الكلام أو المشي. ومنذ يوليو 2016، اعتمد في تنفسه على جهاز التنفس الصناعي.
وبدأ في استخدام جهاز تتبع العين للتواصل في أغسطس 2016. ويراقب الجهاز حركات العين، مما يسمح للمستخدمين بتحديد الحروف من شاشة الكمبيوتر. ولكن بعد عام، تدهورت حالته ولم يعد قادرا على إبقاء عينيه ثابتتين على بقعة معينة. فأصبح الجهاز الآن عديم الفائدة. وبدأ أفراد عائلته في استخدام نهج ورقي، حيث يحمل أحد أفراد الأسرة شبكة من الحروف على خلفية من أربعة ألوان. ويشير أفراد الأسرة إلى كل قسم لونٍ وصَفٍ، ويفسرون أي حركة عين على أنها “نعم”.
وقلق الرجل وعائلته من أنه سيفقد في نهاية المطاف القدرة على تحريك عينيه على الإطلاق، لذلك طلبوا مساعدة البروفيسور نيلز بيربومر، الذي كان وقتها في جامعة توبنغن الألمانية، وأجوال تشودري [باحث ما بعد الدكتوراه] من “أيه إل اس ڤويس جي ام بي اتش (ALS Voice gGmbH) ، وهي منظمة غير ربحية ألمانية تقدم واجهات الدماغ والحاسوب وغيرها من التقنيات للأشخاص غير القادرين على التواصل.
وعند مقابلة الرجل في فبراير 2018، حاول الدكتور تشودري أتمتة نظام الاتصالات الذي كانت العائلة تستخدمه بالفعل. وقام الفريق بتوصيل جهاز تتبع العين ببرامج الكمبيوتر التي من شأنها قراءة الألوان وأرقام الصفوف، مما يسمح للرجل بتحديد الحروف واحدة تلو الأخرى باستخدام حركات عينه لتوضيح الكلمات.
ولكن مع فقدان الرجل السيطرة بشكل متزايد على حركات عينه، أصبح أقل قدرة على التواصل باستخدام هذا الجهاز أيضا. ويقول الدكتور تشودري: “لقد اقترحنا زرع [قطب كهربائي]”. يمكن زرع أقطاب كهربائية صغيرة في الدماغ لتسجيل النشاط الكهربائي لخلايا الدماغ مباشرة. ويأتي الإجراء – الذي ينزع إلى حفر ثقب في الجمجمة وقطع الطبقات الواقية في الدماغ – مع خطر صغير من العدوى وتلف الدماغ. ولذلك كان الملاذ الأخير، كما يقول البروفيسور بيربومر. ويتابع: “إذا لم تعد واجهات الدماغ والحاسوب [غير الغازية] وأجهزة تتبع العين تعمل بعد الآن، فلا يوجد خيار آخر”.
ويقول الدكتور تشودري إن الرجل وافق على الإجراء باستخدام حركات العين. كما أعطت زوجته وأخته موافقتهما. وبحلول وقت الموافقة على الإجراء من قبل لجنة الأخلاقيات والمعهد الفيدرالي الألماني للأدوية والأجهزة الطبية في نهاية عام 2019، فَقَدَ الرجل القدرة على استخدام جهاز تتبع العين. وفي مارس 2019، زرع الجراحون شبكتين كهربائيتين صغيرتين، يبلغ عرض كل منهما 1.5 ملليمتر، في القشرة الحركية للرجل – وهي منطقة في الجزء العلوي من الدماغ مسؤولة عن التحكم في الحركة.
تحويل الإشارات إلى أوامر
في اليوم التالي لزرع القطب الكهربائي، بدأ الفريق في محاولة مساعدة الرجل على التواصل. وفي البداية، طلب من الرجل تخيل القيام بحركات جسدية – وقد ساعد ذلك المتلقين الآخرين على التحكم في الأطراف الاصطناعية والهياكل الخارجية، وهو النهج الذي تخطط شركة إيلون ماسك “نيورالينك” (Neuralink) لاتخاذه. والفكرة هي الحصول على إشارة موثوقة من الدماغ، وترجمتها إلى نوع من الأوامر.
ولكن الفريق لم يتمكن من جعله يعمل. وبعد 12 أسبوعا من المحاولة، ألغوا الفكرة وقرروا تجربة نهج يسمى الارتجاع العصبي بدلا من ذلك. ويعمل الارتجاع العصبي من خلال إظهار نشاط دماغ الشخص في الوقت الفعلي حتى يتمكن من تعلم كيفية التحكم فيه. وفي هذه الحالة، عندما تسجل الأقطاب الكهربائية في دماغ الرجل زيادة في النشاط، سيشغل الكمبيوتر نغمة صوتية متزايدة. ومن شأن انخفاض نشاط الدماغ أن يلعب نغمة تنازلية.
“في غضون يومين، تمكن من زيادة وتقليل وتيرة نغمة الصوت”، يقول الدكتور تشودري، الذي يقول إنه زار الرجل في منزله كل يوم من أيام الأسبوع خلال عام 2019، حتى بدأ فيروس كورونا في الانتشار. ويضيف: “في غضون يومين، تمكن من زيادة وتقليل وتيرة نغمة الصوت. لقد كان مذهلا. تعلم الرجل في النهاية التحكم في نشاط دماغه حتى يتمكن من لعب نغمة صاعدة للإشارة إلى ‘نعم’ ونبرة تنازلية للإشارة إلى ‘لا’ “.
ثم قدم الفريق برنامجا يحاكي نظام الكمبيوتر الورقي الذي استخدمه الرجل في الأصل للتواصل مع عائلته. وكان الرجل يسمع كلمة “أصفر” أو “أزرق” على سبيل المثال، لاختيار كتلة من الحروف للاختيار من بينها. ثم يشَغَّل له حروف فردية وتستخدم نغمة صاعدة أو تنازلية إما لتحديد أو رفض كل منها انظر الفيديو.
لا يتطلب جهدا
بهذه الطريقة، سرعان ما تمكن الرجل من توصيل جمل كاملة. ويقول الدكتور تشودري، الذي نشر مع زملائه النتائج التي توصلوا إليها في مجلة “اتصالات الطبيعة” (Nature Communications) يوم الثلاثاء 22 مارس 2022: “كانت [عائلته] متحمسة جدا لسماع ما قاله”. وتمت ترجمة إحدى الجمل الأولى التي كتبها الرجل على أنها “أولاد، إنها تعمل دون عناء”.
وكان التواصل لا يزال بطيئا – يستغرق اختيار كل حرف حوالي دقيقة. ولكن الباحثين يعتقدون أن الجهاز قد حسن بشكل كبير نوعية حياة الرجل. وقد طلب وجبات وحساء محددة، وأدار مقدمي الرعاية حول كيفية تحريك ساقيه وتدليكهما، وطلب مشاهدة الأفلام مع ابنه الصغير، على سبيل المثال. وترجمت جملة واحدة إلى “أحب ابني الرائع”.
ويقول الدكتور تشودري: “في كثير من الأحيان، كنت معه حتى منتصف الليل، أو بعد منتصف الليل”. ويضيف: “كانت الكلمة الأخيرة دائما ‘البيرة”‘.
ويتصور الدكتور تشودري تطوير كتالوج للكلمات المستخدمة بشكل متكرر والتي يمكن أن تسمح في النهاية للبرنامج أن يكمل بشكل تلقائي كلمات الرجل أثناء تهجئتها، على سبيل المثال. ويقول: “هناك العديد من الطرق التي يمكننا من خلالها جعلها أسرع”.
ولا أحد يعرف كم من الوقت ستستمر الأقطاب الكهربائية في دماغ الرجل، ولكن دراسات أخرى وجدت أن أقطابا كهربائية مماثلة لا تزال تعمل بعد خمس سنوات من زرعها في أشخاص آخرين. ولكن بالنسبة لشخص محبوس، “يوم واحد يمكن أن يحدث فرقا”، كما يقول الدكتور كيانوش نزاربور من جامعة إدنبورغ الاسكتلندية، الذي لم يشارك في العمل. ويتابع: “هذه فرصة أساسية لهم لاستعادة الاختيار والسيطرة على حياتهم. يوم عالي الجودة قد يكون مهما حقا لهذا الشخص”.
ويعتقد الدكتور نزاربور أنه يمكن تقديم التكنولوجيا بشكل روتيني للأفراد المحبوسين بصورة مماثلة في غضون الـ 10 إلى 15 عاما القادمة. ويقول: “بالنسبة للشخص الذي ليس لديه اتصال على الإطلاق، حتى ‘نعم’ / ‘لا’ من المحتمل أن يغير الحياة”.
ويوافق الدكتور براين ديكي، مدير تطوير الأبحاث في جمعية أمراض الأعصاب الحركية في المملكة المتحدة، على أن هذا الجدول الزمني واقعي. ولكنه يتساءل عن عدد الأشخاص المصابين بمرض الخلايا العصبية الحركية – الذي يعد مرض التصلب الجانبي الضموري هو النوع الأكثر شيوعا – الذين سيستفيدون من مثل واجهات الدماغ والحاسوب هذه.
نكسات
الرجل الذي تلقى واجهة الدماغ والحاسوب لديه شكل من أشكال التصلب الجانبي الضموري يسمى ضمور العضلات التدريجي (PMA). ويميل هذا النوع من المرض إلى استهداف الأعصاب الحركية التي تنتقل من العمود الفقري إلى العضلات، مما يترك الناس غير قادرين على التحكم في عضلاتهم. ولكن حوالي 95٪ من حالات التصلب الجانبي الضموري تنطوي أيضا على تنكس القشرة الحركية في الدماغ أيضا، كما يقول الدكتور ديكي.
وحتى الأشخاص الذين يعانون من ضمور العضلات التدريجي يمكن أن يتعرضوا لهذا التنكس، مما قد يفسر لماذا، منذ اكتمال الدراسة، يبدو أن الرجل فقد بعض قدرته على التواصل. ويقول البروفيسور بيربومر إنه خلال الشهر الماضي أو نحو ذلك، استخدم الرجل الجهاز فقط لتوصيل “نعم” أو “لا”. ويقول البروفيسور بيربومر: “ليس لدي أدنى فكرة عن سبب قوله فقط نعم ولا ولا يصوغ جمل، ولكن هذا يحدث من وقت لآخر. قد يكون هناك العديد من الأسباب لذلك”.
ومن الممكن أيضا، على سبيل المثال، أن تكون الخلايا المتخصصة في الدماغ قد تعرفت على القطب على أنه غريب وتكتلت حوله، مما يحد من قدرته على العمل. ويقول البروفيسور بيربومر: “قد تكون أسبابا نفسية وأسبابا فنية وأسبابا قطبا كهربائيا … ولكن على الأقل هو في حالة جيدة ولديه نوعية حياة جيدة، أثناء تواصله”.
وإذا فشل القطب الكهربائي في نهاية المطاف، فقد يطلب أفراد عائلة الرجل إزالته واستبداله بأخرى، ربما في منطقة دماغية مختلفة. ولكن، في الوقت الحالي، فإن القدرة على قول “نعم” و”لا” كافية، كما يقول البروفيسور بيربومر. ويضيف: “أخبرتني [العائلة] أن معظم المعلومات التي يحتاجونها تم تبادلها في أول عام ونصف العام (طلب أفراد الأسرة أنفسهم الخصوصية في هذا الوقت). مع ‘نعم’ و’لا’ يمكنك قول أشياء كثيرة … إذا طرحت الأسئلة الصحيحة”.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://www.technologyreview.com/2022/03/22/1047664/locked-in-patient-bci-communicate-in-sentences/
