ومضات من الواقع

يسمح العلم / التكنولوجيا الجديدة بربط "العين" الإلكترونية مباشرة بدماغ الشخص

أوريل بريزون

فقد يانس البالغ من العمر 39 عامًا عينه اليسرى في حادث عمل وهو في السابعة عشرة من عمره. وفقد عينه اليمنى بعد ثلاث سنوات في حادث آخر. وفي مظاهرة للصحفيين في نيويورك في يونيو الماضي، وجد يانس طريقه في غرفة تم وضع عوائق مختلفة فيها، وحدد أماكن الأبواب والأشياء، وفي النهاية قاد سيارة في ساحة انتظار السيارات. هذه ليست معجزة طبية

تم تركيب "عين" إلكترونية على لانس. قصة يانس نشرت في عدد سبتمبر من مجلة "وايرد"، لتنضم المقالة إلى مقالات أخرى، في مختلف الصحف والمجلات، تحكي عن آخر التطورات في التكنولوجيا التي قد تحدث ثورة في مجال الرؤية.

منذ حوالي خمسين عاماً، عرف العلماء أن التحفيز الكهربائي لمنطقة الرؤية في دماغ الإنسان يتسبب في ظهور نقاط ضوء في مجال الرؤية، حتى عند أولئك الذين فقدوا ضوء عيونهم. في الشخص السليم، يتلقى الدماغ المحفزات من العين عبر العصب البصري. ينشط التحفيز الكهربائي الاصطناعي تلك المناطق من الدماغ التي تستقبل المحفز البصري، وينتج نقاط ضوء، أو ومضات (Phosphenes) تحاكي عمل العين. وأظهرت التجارب التي أجراها الباحث الأمريكي وايلدر بنفيلد في الخمسينيات من القرن الماضي أن نقاط الضوء هذه ليست عشوائية، بل تظهر في أماكن ثابتة حسب المكان الذي يتم فيه التحفيز الكهربائي. وقد دفع هذا الاكتشاف الباحثين إلى التكهن بإمكانية إنتاج جهاز تكنولوجي يسمح بالتحفيز المباشر للدماغ عن طريق إشارة قادمة من كاميرا إلكترونية، أو بمعنى آخر: عين إلكترونية صناعية.

في ستينيات وسبعينيات القرن الماضي، جرت محاولات مختلفة لتطوير نظام رؤية اصطناعية، لكن أصبح من الواضح أن هذا يتطلب تكنولوجيا أكثر تقدما مما كان متاحا في ذلك الوقت. أنتجت الثمانينيات والتسعينيات جيلًا جديدًا من الكاميرات الرقمية، وفي السنوات الأخيرة تم تطوير أجهزة كمبيوتر صغيرة وقوية بالإضافة إلى أجهزة استشعار للضوء من نوع CCD - كاميرات تلفزيونية صغيرة بحجم ظفر الإصبع قادرة على إنتاج صور ملونة ومشرقة. صورة حادة. وفي الوقت نفسه، في العامين أو الثلاثة أعوام الماضية، تطورت القدرة على إنتاج أقطاب كهربائية مجهرية تسمح بتحفيز الخلايا العصبية بدقة - إلى درجة القدرة على الاتصال بكل خلية عصبية على حدة. إن الجمع بين هذه التقنيات، بالإضافة إلى التقدم في الأبحاث الفسيولوجية لبنية الدماغ والتقنيات الجراحية المتقدمة، هي العناصر التي تمكن من اتخاذ الخطوات الفعالة الأولى نحو الرؤية الاصطناعية.

الدكتور ويليام دوفال، الرجل الذي طور وركب نظام الرؤية الاصطناعية ليانس، لديه في مختبره النموذج الأول الذي طوره في السبعينيات، وهو جهاز كمبيوتر يزن طنين بلغت تكلفة تطويره 70 مليون دولار. يمكن ارتداء النموذج الحالي للنظام على الجسم، وهو معروض للبيع حاليًا بمبلغ 25 دولار.

يشتمل النظام على نظارات مثبتة عليها كاميرا صغيرة وجهاز كمبيوتر محمول وبطاريات وعدة صناديق إلكترونية مثبتة مع الكمبيوتر على حزام. وترتبط النظارة بواسطة كابل كهربائي بأحد الصناديق الموجودة في الحزام، ومن صندوق آخر تؤدي الكابلات إلى وصلتين موجودتين على جانبي رأس المريض. السعر، بالمناسبة، يشمل رحلة إلى البرتغال، حيث يتم إجراء الجراحة لإدخال الأقطاب الكهربائية في الجمجمة. من المستحيل إجراء الجراحة في الولايات المتحدة بسبب القيود التي تفرضها وزارة الصحة الأمريكية.

يعد دوفال أحد الشخصيات البارزة في مجال الرؤية الاصطناعية. ولد في ماساتشوستس عام 1941، وهو ابن جراح العظام. في سن الثالثة عشرة، تقدم بطلب للحصول على براءة اختراع لتحسين صممه لعظم الحوض الاصطناعي. في سن الرابعة عشرة كان يدرس بالفعل في الجامعة. يقول دوفال إن موضوع الرؤية الاصطناعية كان يشتعل في عظامه منذ أن كان طالبا في الستينيات، وفي عام 13 أنشأ مختبره الخاص (معهد دوفال) حيث قام هو وفريقه بتطوير وبيع الأجهزة الطبية المختلفة. يستخدم دوفال عائدات بيع المعدات الطبية لتمويل بحثه في مجال الرؤية الاصطناعية.

في عام 1978، قامت دوفال بتركيب أول نظام رؤية اصطناعية. كان المريض جيري، البالغ من العمر 52 عامًا، وهو من سكان بروكلين، وقد فقد بصره عندما كان عمره 36 عامًا. وخضع جيري للجراحة دون أن يصاب بأذى. لسنوات عديدة، تُركت مجموعة الأقطاب الكهربائية الموجودة داخل رأسه دون استخدام، للتأكد من أنها لا تسبب التهابات ومضاعفات، ولانتظار تطورات أكثر تقدمًا لمكونات النظام الأخرى. عندها فقط بدأ دوفال باختبار فعالية النظام.

تم تثبيت نسخة أبسط وأكثر أساسية من النظام في ذهن جيري والتي تم تثبيتها مؤخرًا في ذهن جانس. عدد الأقطاب الكهربائية في الجهاز داخل الجمجمة أصغر، والكمبيوتر الأصلي الذي استخدمه أضعف بكثير من كمبيوتر النظام الجديد. ومع ذلك، فقد أعطى النظام لجيري قدرات مذهلة. وعلى الموقع الإلكتروني لمعهد دوفال، يمكنك مشاهدته وهو يتعرف على دمية تشبه الإنسان موضوعة في أماكن مختلفة في الغرفة. يجد جيري قبعة معلقة على أحد الخطافات العديدة الموجودة على الحائط. يمشي ويأخذ القبعة ويضعها بدقة كبيرة على رأس الدمية. وفي عرض أكثر إثارة للإعجاب، ينظر جيري إلى لوحة معلقة على الحائط على بعد متر ونصف منه. يتم رسم حرف E بطول 15 سم عدة مرات على السبورة، والذي يستخدم لاختبار العين كما هو الحال في فحص طبيب العيون القياسي: في بعض الأحيان يواجه الحرف الاتجاه الطبيعي، وفي مرة أخرى يكون مقلوبًا، ومرة ​​أخرى يكون مستلقيًا . يُطلب من جيري تحديد الاتجاه الذي تواجهه الإشارة، وينجح في ذلك في جميع الحالات.

وفي مقال نشر عام 2000 في صحيفة جمعية الأعضاء الاصطناعية الداخلية (ASAIO)، ادعى دوفال أن جيري كان قادرًا على التمييز من نفس المسافة بأحرف 5 سم. من المهم التأكيد على أن دوفال يعمل بمفرده في معظم الأوقات، وإلى حد ما خارج المؤسسة الأكاديمية. ولهذا السبب، فإن آراء ومراجعات العلماء الآخرين حول تفاصيل عمله غائبة. النقد من قبل زملاء البحث ضروري لاستمرار العملية العلمية، ونظرا لغيابه، في هذه المرحلة، من الصعب التحقق من تأكيدات دوفال.

يصف جيري وايانز ما يرونه من حيث الأضواء الساطعة في الأنماط. من خلال المقالات التي تم نشرها حول هذا الموضوع، من الصعب أن نفهم بالضبط ما هي صورة الواقع المرسومة في رؤوسهم؛ لكن يبدو أنهم قادرون على التمييز بين الأشياء ومستويات السطوع المختلفة. تحتوي مجموعات الأقطاب الكهربائية المزروعة في القشرة الدماغية على عشرات الأقطاب الكهربائية. بعض الأقطاب الكهربائية لا تنتج استجابة؛ والبعض الآخر يسبب، عند تفعيله، ظهور نقطة ضوء واحدة. في بعض الأحيان يؤدي المحفز الواحد إلى ظهور عدة نقاط ضوئية في نفس الوقت.

كم مرة يُطلب من المريض الحضور إلى المختبر لإجراء عملية معايرة الجهاز. الكاميرا المثبتة على النظارات تصور ما هو أمام المريض. ولكن نتيجة لسلوك النظام الفسيولوجي قد تحدث انحرافات في الانتقال بين الصورة الموجودة في الكاميرا والصورة التي تظهر في مجال رؤية المريض. أثناء عملية المعايرة، يقوم فريق المختبر بضبط الأقطاب الكهربائية الموجودة في الجهاز، حسب شهادة المريض، بحيث يتسبب ما يوجد في مركز الكاميرا في ظهور نقاط ضوئية في مركز مجال رؤيته، ما هو موجود على سيؤدي اليمين إلى ظهور نقاط على اليمين، وما إلى ذلك.

بعد المعايرة تتشكل في ذهن المريض صورة تقريبية للواقع الخارجي - صورة على شكل نقاط ضوء تضيء وتنطفئ. بدلاً من ملايين نقاط الضوء (والألوان) التي تشكل الرؤية الطبيعية، يكتفي جيري فيانس بعشرات النقاط الفردية التي تصف العالم. الأسود، التي لديها أحدث نظام، لديها عدد أكبر من النقاط. من المؤكد أن النظام في حالته الحالية ليس بديلاً عن الرؤية الطبيعية. ووفقا ليانس، "تعتبر هذه الرؤية في الوقت الحالي بدائية للغاية مقارنة بالرؤية الطبيعية، ولكنها تمثل تحسنا كبيرا مقارنة بالعمى".

دوفال، بسبب استقلاليته واستعداده لتحمل المخاطر، هو العالم الأول في مجال تطبيق الرؤية الاصطناعية. لكن المجموعات الأخرى التي تعمل على تطوير مثل هذه الأنظمة تقدم رؤية لا تقل عن رؤيته. توجد مجموعة بحثية تعمل بقوة كبيرة في معهد موران للعيون بجامعة يوتا. ويرأسها البروفيسور ريتشارد نورمان. طورت المجموعة مجموعة فريدة من الأقطاب الكهربائية لتحفيز القشرة البصرية في الدماغ، وأجرت العديد من التجارب على الحيوانات. في المنشورات حول عمل المجموعة، يؤكد نورمان على موضوع التحفيز بأكمله. وبحسب تصوره فإن هذا هو جوهر الأمر. ويدعي نورمان أنه في غياب كمية كبيرة من الأقطاب الكهربائية عالية الكثافة، لن يتم إنتاج رؤية كافية. يهدف نورمان إلى الوصول إلى تحفيز الخلايا العصبية الفردية، وإنتاج عدد أكبر من نقاط الضوء، والتي ستكون أكثر وضوحًا وتركيزًا. ووفقا له، بدون كمية كبيرة من الأقطاب الكهربائية الدقيقة، ستبقى الصورة غامضة وخشنة.

في مجموعة الأقطاب الكهربائية التي طورتها المجموعة، يتم تطبيق تقنيات إنتاج رقائق الكمبيوتر والمواد التي تمنع رفض الجهاز المناعي للجسم للزرع. ومن المقرر أن تبدأ قريبًا تجارب تنفيذ النظام على البشر. ويجري استكشاف مفهوم بديل للرؤية الاصطناعية من قبل عدة مجموعات أخرى. وضمن هذا المفهوم يحاول الباحثون زرع شريحة إلكترونية في عين المريض، وليس في دماغه. تحتوي الشريحة على مستشعرات ضوئية ومن المفترض أن تقوم بتحفيز النهايات العصبية داخل العين وبالتالي استبدال الشبكية التي توقفت عن العمل. هذه التقنية ليست مناسبة للأشخاص الذين فقدوا عيونهم، ولكنها قد تساعد الكثير من الأشخاص الذين فقدوا بصرهم نتيجة أمراض تضعف قدرة العين على تحويل الضوء إلى تحفيز الأعصاب.

وفي معهد دوهيني بجامعة جنوب كاليفورنيا، طور الباحثون نظاما يتم من خلاله زرع شريحة على شبكية العين. تستقبل الشريحة إشارات الراديو من جهاز إرسال يقع خلف الأذن؛ ويستقبل جهاز الإرسال بدوره البيانات من كاميرا صغيرة مثبتة على الحزام، ويترجم هذه البيانات إلى إشارات تحفز العصب البصري. يخلق التحفيز نقاط ضوء في مجال رؤية المريض. تعمل مجموعات أخرى تعمل على تطوير أنظمة داخل العين في جامعة إلينوي في شيكاغو، بالإضافة إلى مختبرات سكانديا في نيو مكسيكو.

حتى أن مختبرات سكانديا حصلت على منحة لمدة ثلاث سنوات بقيمة 9 ملايين دولار من الحكومة الأمريكية، على الرغم من أن الإدارة رفضت في الماضي تمويل أبحاث الرؤية الاصطناعية لأنها لم تعتبر قابلة للتطبيق.
يقترح البروفيسور مايكل بلكين، مدير مختبر تقنيات طب العيون بجامعة تل أبيب في تل هشومير، رؤية الأشياء بشكل متناسب.

في الواقع، يقول بلكين، يتم إجراء أبحاث مثيرة للاهتمام في هذا المجال، ولكن لم يتم إجراء تجارب مهمة حتى الآن على البشر، وما زال من السابق لأوانه تحديد ما إذا كانت العيون الاصطناعية ستصبح شائعة قريبًا. يشير بلكين إلى مشكلة الرفض كعامل رئيسي، ويدعي أنه سيتعين على الباحثين إيجاد طريقة للتغلب على ميل الجسم الطبيعي لمقاومة الغرسات والأقطاب الكهربائية.

وإذا نجحت جهود المجموعات المختلفة، فقد نرى عيونًا صناعية تستخدم على نطاق واسع في المستقبل. ويقدر العلماء والمفكرون الذين يتطلعون إلى مستقبل أبعد أن أجهزة الرؤية الاصطناعية قد توفر، في مرحلة متقدمة، قدرات تتجاوز الرؤية البشرية الطبيعية. سيكون من الممكن، على سبيل المثال، توصيل مستشعر الأشعة تحت الحمراء مباشرة بالدماغ مما يسمح بالرؤية عبر الجدران، أو كاميرا ذات قدرات تكبير وتكبير تسمح بالرؤية على مسافات بعيدة. وبدلاً من ذلك، سيتمكن أصحاب الجهاز من الاتصال مباشرة بجهاز استقبال التلفاز أو ببطاقة العرض الخاصة بالكمبيوتر، وبالتالي مشاهدة فيلم أو تصفح الإنترنت بطريقة تغطي مجال الرؤية بالكامل؛ أي أنه سيكون بإمكان المستخدم التبديل، بضغطة زر، بين رؤية الواقع ومشاهدة فيلم أو التجول في الفضاءات الافتراضية. هل سيأتي يوم يطلب فيه أصحاب الرؤية الطبيعية إجراء عملية جراحية لتركيب نظام رؤية اصطناعية؟ انه ممكن. ولكن في هذه المرحلة لا يزال الأمر مجرد نقاط ضوء.