اتصال دوباره مسیرهای عصبی قطع‌شده؛ بازیابی توان راه رفتن در بیماران فلج با فناوری رابط مغز و نخاع
فلج ناشی از آسیب نخاعی در علم پزشکی همواره وضعیتی غیرقابل‌درمان تلقی شده است. Xiao Lin (نام مستعار)، اهل استان گوانگ‌دونگ، در پی یک سانحه دچار آسیب نخاعی شد و دو سال در وضعیت فلج کامل به سر می‌برد؛ وضعیتی که پزشکان آن را ناتوانی دائمی از ایستادن ارزیابی کرده بودند. او با مراجعه به بیمارستان‌های متعددی در سراسر چین و انجام دوره‌های توان‌بخشی فراوان، همچنان راه رفتن را آرزویی دست‌نیافتنی می‌دید.
Jia Fumin، پژوهشگر Institute of Science and Technology for Brain-Inspired Intelligence در Fudan University، این وضعیت را چنین توصیف می‌کند: «نخاع مانند شاهراه اصلی سامانه عصبی بدن انسان است. آسیب نخاعی همانند شکاف در این مسیر ارتباطی عمل می‌کند؛ سیگنال‌های عصبی امکان انتقال به اندام‌ها را از دست می‌دهند و نمود بیرونی آن به‌صورت فلج ظاهر می‌شود.» شامگاه ۲۸ سپتامبر ۲۰۲۶، در رویدادی که در Xianghui Hall در Fudan University برگزار شد، Jia Fumin سخنرانی خود را با محوریت بازسازی این مسیرهای قطع‌شده ارائه داد.
آمارهای جهانی حاکی از ابتلای بیش از ۲۰ میلیون نفر به آسیب‌های نخاعی است که سهم چین از این تعداد حدود ۳.۷۴ میلیون نفر برآورد می‌شود و سالانه نزدیک به ۹۰ هزار مورد جدید نیز به آن افزوده می‌شود. در موارد شدید آسیب نخاعی، فرمان‌های حرکتی مغز عملاً توان عبور از مسیرهای عصبی آسیب‌دیده و رسیدن به اندام‌ها را ندارند و روش‌های درمانی و توان‌بخشی موجود نیز قادر به رفع این انقطاع نیستند. بازسازی این پیوند قطع‌شده، مسئله‌ای محوری بود که تیم Jia Fumin بررسی آن را دنبال کرد.
از زمان پیوستن به Fudan University در سال ۲۰۲۰، این تیم پژوهشی تمرکز خود را بر فناوری «رابط مغز و نخاع» (Brain-Spine Interface) قرار داد تا پلی عصبی میان مغز و نخاع بیماران ایجاد کند. این سامانه با ثبت و رمزگشایی سیگنال‌های عصبی مرتبط با حرکت در مغز و تبدیل قصد حرکتی به تحریکات دقیق در اعصاب نخاعی، مسیر کنترل حرکتی میان مغز و اندام‌های تحتانی را بازسازی می‌کند تا بیمار بتواند به‌صورت ارادی اندام‌های خود را به حرکت درآورد. Xiao Lin نخستین بیماری بود که تحت این درمان قرار گرفت. Jia Fumin عنوان کرد: «تاکنون نخستین مرحله از ۴ جراحی اثبات مفهوم بالینی در سطح جهان را به پایان رسانده‌ایم و این بیمارانِ مبتلا به آسیب شدید نخاعی توانسته‌اند ظرف دو هفته کنترل ارادی پاهای خود را بازیابند و گام بردارند. برنامه‌ریزی‌ها برای توسعه کاربرد این فناوری و دسترسی بیماران بیشتر به آن در جریان است.»
اعضای تیم Jia Fumin در حال تشریح جزئیات فناوری رابط مغز و نخاع.
تجمیع سه دستگاه در یک سامانه یکپارچه
رابط مغز و نخاع چیست و چه تفاوتی با رابط‌های مغز و رایانه دارد؟
در سال ۲۰۲۳، یک تیم پژوهشی در École Polytechnique Fédérale de Lausanne امکان‌پذیری این فناوری را برای نخستین بار به اثبات رساند. با این حال، آن طرح نیازمند کرانیوتومی دوطرفه بود که طی آن دو دستگاه ثبت داده‌های مغزی در قشر حرکتی چپ و راست مغز و یک دستگاه مجزا نیز برای تحریک در نخاع کاشته می‌شد. تیم Jia Fumin به‌منظور کاهش تعداد ادوات کاشتی، افزایش یکپارچگی و پردازش آنی داده‌ها، و همچنین انطباق بیشتر با الزامات کاربرد بالینی بلندمدت، مسیر فنی متفاوتی را در پیش گرفت.
اعضای تیم پژوهشی در حال ارائه توضیحات درباره عملکرد سامانه رابط مغز و نخاع.
Liu Jionghui، دانشجوی دکتری و از اعضای این گروه پژوهشی، در این خصوص توضیح داد: «ما سه کارکرد اصلی یعنی ثبت سیگنال‌های مغزی، محاسبات بلادرنگ و تحریک اعصاب نخاعی را که پیش‌تر در سامانه‌های مجزا انجام می‌شد، در یک دستگاه مینیاتوری کاشتی تجمیع کردیم. در این ساختار، با استفاده از ۲ الکترود به قطر تقریبی یک میلی‌متر، سیگنال‌های عصبی قشر حرکتی مغز دریافت و الکترودهای تحریک نیز در ناحیه نخاع کاشته می‌شوند. سامانه ابتدا سیگنال‌های حرکتی مغز را به‌صورت بلادرنگ ثبت و قصد حرکتی بیمار را شناسایی می‌کند؛ سپس این سیگنال‌ها درون دستگاه رمزگشایی و به دستورهای تحریکی مشخص تبدیل می‌شوند تا اعصاب نخاعی موردنظر در زیر بخش آسیب‌دیده بادقت تحریک شوند. بدین ترتیب، چرخه ارتباطی میان قصد مغز، تنظیم نخاعی و حرکت اندام تحتانی بازسازی می‌شود.»
کاشت دستگاه و الکترودها تنها گام نخست در این فرایند است. تبدیل دقیق سیگنال‌های ذهنی به حرکات فیزیکی پا نیازمند غلبه بر دو چالش اصلی بود: خوانش دقیق فرامین مغز و اجرای بدون نقص آن در سطح نخاع. Liu Jionghui افزود: «بخش نخست شامل استخراج و رمزگشایی سیگنال‌های عصبی مغز برای تشخیص حرکت موردنظر بیمار است، و بخش دوم به تبدیل این مقاصد حرکتی به الگوها و پارامترهای تحریکی مناسب برای اعمال روی اعصاب نخاعی مربوط می‌شود.»
برای تبدیل دقیق قصد حرکتی مغز به حرکت اندام، شناسایی نقطه بهینه برای تحریک نخاع ضروری است. ساختار، طول و چینش فضایی نخاع و ریشه‌های عصبی در افراد مختلف تفاوت‌های بارزی دارد که از روی ویژگی‌های ظاهری نظیر قد و وزن قابل ارزیابی نیست، اما تأثیر مستقیمی بر تعیین محل دقیق کاشت الکترودها دارد. این تیم پژوهشی با بهره‌گیری از تجهیزات تصویربرداری تشدید مغناطیسی در Zhangjiang International Brain Imaging Centre متعلق به Fudan University، یک الگوی تصویربرداری دقیق برای ریشه‌های اعصاب نخاعی طراحی کرد. آنان با به‌کارگیری الگوریتم‌های بازسازی خودکار، مدل‌سازی اختصاصی ریشه‌های عصبی ناحیه لومبوساکرال (کمری-خاجی) را انجام دادند تا مبنایی برای تعیین اهداف تحریکی پیش از جراحی و مکان‌یابی الکترودها حین عمل فراهم شود.
Xiao Lin (نام مستعار) نخستین بیماری بود که در بازه ژانویه تا مارس ۲۰۲۵ در مرحله اثبات مفهوم بالینی این فناوری شرکت کرد.
انتقال از آزمایشگاه به مرحله اعتبارسنجی بالینی
در سال ۲۰۲۵، این طرح وارد مرحله اثبات مفهوم بالینی شد. در بازه زمانی ژانویه تا مارس همان سال، تیم پژوهشی با همکاری Zhongshan Hospital و Huashan Hospital، وابسته به Fudan University، نخستین مجموعه شامل ۴ عمل جراحی را روی بیماران مبتلا به فلج اندام تحتانی به انجام رساند.
نتایج بالینی حاصل حاکی از پیشرفت قابل‌توجهی بود؛ بیماران ظرف ۲۴ ساعت پس از عمل توانستند حرکات پاهای خود را با کنترل مغزی آغاز کنند و پس از حدود دو هفته، برخی از آنان با بهره‌گیری از وسایل کمکی قادر به گام برداشتن شدند. پایش یک‌ساله وضعیت این افراد نیز نشان داد که آنان ثبات توانایی خود را در راه رفتن با کمک ابزارهای کمکی و اتکا به سیگنال‌های کنترلی مغز حفظ کرده‌اند.
Xiao Lin، نخستین داوطلب این طرح، پس از دو سال فلج کامل تصمیم به مشارکت در این آزمایش گرفت. او در روز سوم پس از عمل موفق شد اندام‌های تحتانی خود را به‌صورت ارادی و با فرمان مغز حرکت دهد؛ در روز دهم توانست با حمایت سامانه تعلیق وزن و از طریق سیگنال‌های حرکتی خود گام بردارد؛ و در روز چهاردهم با کمک واکر ایستاده و با اتکا به فرامین حرکتی خود بیش از ۵ متر راه برود.
این ۴ مورد اثبات مفهوم، مسیری را برای انتقال یک رویکرد نوین در رابط‌های مغز و نخاع از مرحله آزمایشگاهی به فاز بالینی فراهم کرده و زمینه را برای اجرای پژوهش‌های گسترده‌تر مهیا ساخته است.
گسترش پژوهش‌های بالینی چندمرکزی
Jia Fumin در این رابطه اشاره کرد: «پیش از این، محور اصلی فعالیت‌ها بر بومی‌سازی تجهیزات پزشکی پیشرفته خارجی متمرکز بود؛ اما اکنون با توسعه این سامانه نوین رابط مغز و نخاع، فعالیت در حوزه‌ای کاملاً بدیع در سطح بین‌المللی تجربه می‌شود.»
در حال حاضر، هدف اصلی معطوف به افزایش دسترسی بیماران به این دستاورد است. طبق برنامه‌ریزی صورت‌گرفته، این تیم در نظر دارد با همکاری مراکزی چون Zhongshan Hospital و Huashan Hospital دامنه ارزیابی‌های بالینی را گسترش داده و با جمع‌آوری داده‌های تکمیلی، روند توسعه این فناوری را سرعت بخشد.
Jia Fumin با اشاره به چشم‌انداز بلندمدت این پروژه بیان کرد: «هدف ما کمک به بیماران فلج برای بازیابی بخشی از عملکردهای حرکتی است، با این رویکرد که روزی امکان رقابت ورزشی میان افراد دارای آسیب نخاعی بدون اتکا به ویلچر یا سازه‌های مکانیکی خارجی و صرفاً بر پایه توان حرکتی اندام‌های خودشان فراهم شود؛ حرکتی که ممکن است با کمک عصا باشد، اما با کنترل پاهای خود فرد انجام می‌گیرد.»
