ایمپلنت هوشمند ابزاری برای کنترل عصب های مغز

دانشمندان واحد بیوشیمی دانشگاه آریزونا موفق به طراحی یک ایمپلنت هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا گردیده‎اند. آنها توانسته‎اند با استفاده از تکنیک Optogenetics و با کمک جریان نور، بخش‎هایی از عصب های مغز را تحریک کنند. این شیوه برای بازگرداندن حرکت به اندام هایی که براثر سکته، فلج شده‎اند موثر می باشد. دانشمندان امیدوارند بتوانند از این ایمپلنت هوشمند برای کاهش درد در بیماری‎های مزمن و همچنین درمان برخی از ضایعات مغزی، نخاعی بهره ببرند.

فیلیپ گوتروف مسئول واحد بیوشیمی دانشگاه آریزونا در این باره می‎گوید:

” ما سعی داریم تا با استفاده از این تکنیک، راه ارتباط برقرار کردن با مغز را بیابیم. اگر بتوانیم محرک‎های مناسب را به نورون‎های مغزی ارسال کنیم به طور قطع واکنش‎های متناسبی را هم دریافت خواهیم کرد.

در شیوه Optogenetics دانشمندان یک پروتئین مخصوص به نام Opsins را در درون یک ایمپلنت هوشمند جاسازی می‎کنند. این پروتئین با فرامینی که از بیرون دریافت می‎کند جریان نور را به صورت هدفمند به سمت نورون‎های مغزی ارسال می‎کند. تا قبل از ابداع این شیوه دانشمندان با استفاده از فیبرهای نوری و باطری‎های یکبار مصرف امکان کنترل نورون‎های مغزی را داشتند. شیوه قبلی بسیار پرهزینه و با ریسک بالا بود. معمولا در شیوه فیبرنوری دستگاه در خارج از جمجمه سر قرار می‎گرفت. بنابراین امکان کنترل دقیق فرکانس یا شدت نور وجود نداشت. به همین دلیل پزشکان تنها می‎توانستند در هر لحظه تنها بخش کوچکی از عصب ها را تحریک نمایند.

شاید خواندن این مطلب هم برای شما مفید باشد : اینترنت اشیا در پزشکی

ساختار این تکنولوژی

تکنولوژی جدید به پزشکان امکان کنترل بیشتر بر عصب‎ها را خواهد داد. این درحالی است که این ایمپلنت هوشمند دارای سایز بسیار کوچکی است و به راحتی در زیر پوست سر قرار می‎گیرد. این ایمپلنت با کمک پروتئین موجود در درون خودش به انتشار فرکانس‎های نوری مدنظر پزشکان می پردازد.

پزشکان می توانند با کمک ارتباطی که با ایمپلنت هوشمند برقرار می‎کنند به کنترل شدت نور بپردازند و تنها محدوده مشخصی از عصب‎های مغزی را تحریک کنند. این کنترل مناسب باعث می‎شود تا جلوی حرکت تصادف نورون‎ها گرفته شود. ایمپلنت طراحی شده دارای دو آنتن بسیار کوچک است که می توان به وسیله آنها به راحتی جریان سیگنال‎های مغزی را دریافت کرد. انرژی این ایمپلنت هوشمند با استفاده از میدان‎های مغناطیسی ایجاد می‎شود. بنابراین به راحتی انرژی آن خاتمه نمی‎پذیرد و تا حدود ۱۵ سال بدون هیچ مشکلی در بدن بیمار باقی می‎ماند. این ویژگی بیمار را از جراحی‎های حساس و تعویض مستمر ایمپلنت بی‎نیاز می‎سازد.

کاربردهای ایمپلنت های هوشمند

در سالیان اخیر استفاده از ایمپلنت های هوشمند باعث کاهش عوارض جراحی های پزشکی گردیده است. این ایمپلنت‎ها معمولا با آنتن‎های کوچک رادیویی که در اختیار دارند داده‎های دقیقی را از درون بدن بیمار در اختیار جراحان می‎گذارند.

ساختار این ایمپلنت‎ها معمولا براساس تگ های RFID می باشد که در اینترنت اشیا به طور گسترده ای استفاده می‎شوند. این تگ‎های (Tag) سبک و کوچک در درون ایمپلنت‎ها جاسازی می‎شوند و اطلاعات دقیقی را از ناحیه جراحی شده به پزشکان ارسال می‎کنند. اطلاعات دریافتی از ایمپلنت‎های هوشمند باعث می‎گردد تا جراحان بتوانند بهترین تصمیمات را برای دوران نقاهت بیمار بگیرند.

دانشمندان معتقدند با کمک ایمپلنت‎های جاسازی شده در بدن بیماران (یا ایمپلنت‎های تزریقی یا خوراکی) می توان خطاهای پزشکی را به شدت کاهش داد. هزینه این ایمپلنت‎ها نیز با توجه به قیمت پایین تگ های RFID چندان زیاد نمی باشد و از خیلی شیوه های مدرن تصویربرداری، دارای هزینه به نسبت کمتری می‎باشند.

 

انواع ایمپلنت‎های هوشمند

در حال حاضر انواع ایمپلنت‎های هوشمند توسط محققان و متخصصان علم جراحی طراحی شده و به کار گرفته می‎شوند.ایمپلنت‎های دندان از جمله مهمترین تجهیزات کاشتنی پزشکی در سالیان اخیر محسوب می‎شوند. امّا در بسیاری از موارد این ایمپلنت‎ها دچار عفونت در لثه می‎شوند. این عفونت‎های مشکلات عدیده‎ای را در بیماران بوجود می‎آورد. ایمپلنت هوشمند دندان می‎تواند عفونت لثه را تشخیص دهد و هشدارهای لازم را به جراح دندان‎پزشک بدهد. ایمپلنت‎های هوشمند دارو رسان نیز امروزه در جراحی‎های بزرگ و پیشرفته توسط پزشکان به کار گرفته می‎شوند. این امپلنت‎ها با آنالیز خون بیمار، نیاز بیمار را به دارو تشخیص می‎دهند و داروی مورد نظر را به عضو هدف می‎رسانند. در چنین ایمپلنت‎هایی، دارو در مخزنی در زیر ایمپلنت قرار دارد.

اخیرا محققان ایرانی نیز توانسته‎اند ایمپلنت‎های پزشکی ضدباکتری با کمک تکنولوژی نانو بسازند. دانشمندان ایرانی با استفاده از آلیاژ تیتانیوم موفق به ساخت ایمپلنت‎های ضدباکتریایی و هوشمند برای بافت‎های استخوانی آسیب دیده شده‎اند. این ایمپلنت‎ها با استفاده از الگوریتم‎های هوش مصنوعی ساختار خود را متناسب با بدن بیمار تغییر می‎دهند.

منبع : واحد بیوشیمی دانشگاه آریزونا