چگونه رابط مغز و کامپیوتر (BCI) به بازگشت حرکت دست پس از سکته مغزی کمک میکند؟
در این پست میخواهیم با هم جدیدترین تکنولوژی در بازتوانی حرکتی بعد از سکته مغزی رو بررسی کنیم.
ابتدا ویدیو زیر رو ببینید و در ادامه به متن توجه کنید.
وقتی فردی دچار سکته مغزی میشود، ممکن است ارتباط بین مغز و دستهایش آسیب میبیند و حرکت دست مختل میشود. علم پزشکی برای حل این مشکل به سراغ دستگاهی به نام رابط مغز-رایانه (BCI) رفته است.
BCI چگونه کار میکند؟
تصور کنید شما میخواهید مچ دستتان را بالا بیاورید، اما دستتان فلج است و حرکت نمیکند. با این حال، وقتی به حرکت کردن دستتان "فکر" میکنید، مغز شما هنوز سیگنالهای الکتریکی تولید میکند. دستگاه BCI روی سر شما قرار میگیرد و این افکار (قصد حرکتی) را میخواند. سپس این سیگنالها را به یک دستگاه میفرستد (مثلاً یک دستگاه شوک الکتریکی ضعیف به نام FES) تا عضله دست شما را منقبض کند و دستتان واقعاً تکان بخورد. در کنار آن، در یک صفحه نمایشگر مجازی هم میبینید که دست یک آواتار در حال حرکت است.
محققان میدانند که این
روش مفید است. اما یک سؤال بزرگ دارند: آیا مهم است که دستگاه دقیقاً در همان لحظهای
که بیمار به حرکت فکر میکند به او پاداش (حرکت دادن دست) را بدهد؟
برای پاسخ به این
سؤال، آنها بیماران را به دو گروه تقسیم کردند تا دو حالت را با هم مقایسه
کنند:
گروه اول (بازخورد
مشروط / MI-contingent): در این گروه، دستگاه به شدت سختگیر است.
فقط و فقط اگر بیمار بتواند به درستی حرکت دستش را در ذهنش تصور کند، دستگاه شوک
الکتریکی میدهد تا دست حرکت کند. (مثل معلمی که فقط در صورت دادن جواب درست به
شما نمره میدهد).
گروه دوم (بازخورد
مستقل / MI-independent): در این گروه، چه بیمار به درستی حرکت را
تصور کند و چه نکند، دستگاه کار خودش را میکند و دست بیمار را تکان میدهد. (مثل
معلمی که چه درس بخوانید و چه نخوانید، به شما نمره قبولی میدهد).
فرضیه دانشمندان: آنها
حدس میزنند که گروه اول نتیجه بهتری میگیرد. چرا؟ چون وقتی مغز دقیقاً در لحظه
تلاش، نتیجه کارش (حرکت دست) را میبیند، یاد میگیرد که مسیرهای عصبی پاره شده را
دوباره سیمکشی کند (پلاستیسیته عصبی). هدف کل این مقاله این است که ثابت کند این
"زمانبندی دقیق و شرطی بودن پاداش" کلید اصلی درمان در سکته مغزی
است.
روشها
محققان ۲۷ نفر را انتخاب کردند که حداقل ۶ ماه از سکته مغزیشان گذشته بود (مرحله مزمن) و مچ دست آسیبدیدهشان آنقدر ضعیف بود که نمیتوانستند آن را به خوبی بالا بیاورند. آنها این افراد را به صورت شانسی (شیر یا خط رایانهای) به دو گروه تقسیم کردند. نکته مهم این است که نه خود بیماران و نه دکترهایی که قرار بود پیشرفت آنها را اندازه بگیرند، نمیدانستند چه کسی در کدام گروه است؛ به این کار در علم «مطالعه دوسوکور» میگویند تا هیچکس نتواند با پیشداوری در نتایج دست ببرد.
هر بیمار باید ۴ هفته
(هفتهای ۵ روز، روزی یک ساعت) به کلینیک میآمد. روی سر آنها کلاهی شبیه کلاه
شنا با سیمهای فراوان (دستگاه نوار مغز یا EEG) میگذاشتند تا ذهنخوانی کند. روی دست فلج
آنها هم دو پد الکتریکی (FES) چسباندند.
روبهروی بیمار یک مانیتور بود که دو دست مجازی را نشان میداد. روی مانیتور یک فلش به چپ یا راست ظاهر میشد و بیمار باید سعی میکرد بالا آوردن همان مچ دست را در "ذهنش" تصور کند.
تفاوت اصلی دو گروه
(کلید موفقیت)
نویسندگان میخواستند
بدانند آیا "شرطیسازی" مهم است یا خیر:
گروه اصلی (Contingent): مغز یاد میگیرد که "اگر من درست فکر
کنم، دستم حرکت میکند". این یعنی ایجاد یک حلقه بازخورد بسته (Closed-loop)؛ مغز میبیند که دستوراتش واقعاً به نتیجه
منجر شده است. این دقیقاً همان چیزی است که به مغز کمک میکند مسیرهای عصبی جدید
بسازد (نورپلاستیسیته).
گروه کنترل (Independent): در این گروه، بازخورد (تحریک الکتریکی) داده
میشد اما لزوماً وابسته به تلاشِ فکری بیمار نبود. یعنی حتی اگر بیمار تمرکز نمیکرد،
سیستم بازخورد را میداد. نتیجه این بود که مغز "تنبلی" میکرد و کمتر
نیاز میدید مسیرهای عصبی خود را بازسازی کند.
نتایج نشان داد که وقتی
سیستم BCI دقیقاً به "تلاشِ فکری" بیمار
پاسخ میدهد، مغز تغییرات ساختاری بهتری پیدا میکند.
بهبود قدرت: افرادی که
در این گروه بودند، در قدرت عضلات بازکننده مچ دست (MRC-WE) پیشرفت معناداری داشتند.
تغییرات مغزی:
تصویربرداریهای مغزی (از طریق آنالیز PDC) نشان داد که در این افراد، "اتصالات عملکردی" بین
ناحیه پیشحرکتی و سایر نقاط مغز تقویت شده است. در واقع، مغز یاد گرفته بود که
چطور سیگنالهای درست را برای حرکت دست صادر کند.
شاید بپرسید اگر گروه وابسته بهتر است، چرا
گروه مستقل هم در امتیازات FMA (سنجش عملکرد حرکتی) پیشرفت کرد؟
اثرِ تمرینِ صرف: این
بیماران به دلیل اینکه همواره تحریک الکتریکی (FES) دریافت میکردند، عضلاتشان به صورت
غیرارادی زیاد منقبض و رها میشد. این تمریناتِ تکراریِ غیرارادی، باعث بهبود کلی
در هماهنگیهای حرکتی (امتیازات FMA) شد.
اثرِ دارونما: محققان
معتقدند چون این گروه هم از همان تجهیزات پیشرفته استفاده میکردند، ممکن است باور
به "درمان شدن" یا همان اثر دارونما (Placebo effect) در آنها قویتر بوده باشد.
بحث
اصول پلاستیسیته هِبی (Hebbian Plasticity): این مطالعه تأکید میکند که وقتی
تصویرسازی حرکتی (MI) با بازخورد حسیِ دقیق و فوری (FES) همراه میشود، مغز یاد میگیرد که ارتباط
قویتری بین اراده و عمل ایجاد کند. این فرآیند باعث تقویت اتصالات عصبی در
مسیرهای حرکتی میشود.
تغییرات در نیمکرهها: بهبود در ناحیه پیشحرکتی
نیمکره آسیبدیده و همچنین افزایش ارتباطات از نیمکره سالم به نیمکره آسیبدیده،
نشان میدهد که سیستم BCI واقعی (وابسته) باعث تحریکِ فعالسازیِ عصبی
در مغز شده است.
نتیجهگیری
اگرچه هر دو روش برای
بازتوانی مفید هستند، اما سیستمهای BCI وابسته (Contingent) از نظر نوروفیزیولوژیک قویتر هستند،
زیرا باعث ایجاد تغییرات عصبیِ آگاهانه و هدفمند میشوند. در مقابل، سیستمهای مستقل (Independent) عمدتاً از طریق تمرینات تکراریِ ناشی از
تحریکات الکتریکی (Bottom-up) عمل میکنند.
این مطالعه نشان میدهد که آموزش با رابط مغز و کامپیوتر (BCI)، تأثیرات متفاوتی بر توانبخشی اندام فوقانی در افراد دارد.
برای دسترسی به مقاله اصلی به لینک زیر مراجعه کنید.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41605490
برای اطلاع از تازه ترین مطالب مغز و اعصاب به کانال نوروپامین در بله و تلگرام بپیوندید.