26
Oct
2022

ช่วยให้ร่างกายและสมองรับแขนขาไบโอนิคและรากฟันเทียม

แขนขาเทียม การปลูกถ่าย และนิ้วหัวแม่มือเสริมช่วยฟื้นฟูและเพิ่มความสามารถตามธรรมชาติของร่างกาย แต่สมองและระบบประสาทจะต้อนรับส่วนต่างๆ ของร่างกายใหม่เหล่านี้ได้อย่างไร

โดย GARETH WILLMER

ไม่นานมานี้ แนวคิดของมนุษย์ไบโอนิคดูเหมือนเป็นเรื่องที่ยากเย็น แต่ขณะนี้ ชุดหุ่นยนต์ที่สวมใส่ได้ แขนขาเสริมที่ควบคุมด้วยสมอง มันนำความฝันของการบูรณาการระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรเข้ามาใกล้มากขึ้น

“นี่เป็นช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นอย่างยิ่งสำหรับเทคโนโลยีหุ่นยนต์และความก้าวหน้า” ศาสตราจารย์ทามาร์ มาคิน นักประสาทวิทยาด้านความรู้ความเข้าใจแห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร กล่าว ‘เราเห็นแขนขาไบโอนิคระดับไซไฟและการออกแบบที่แปลกใหม่สำหรับแขนขาเทียมที่ดูไม่เหมือนส่วนต่างๆ ของร่างกาย’

สำหรับบางคน นั่นอาจดูเหมือนเป็นความคิดที่ไม่มั่นคงเล็กน้อย เห็นได้ชัดว่า หุ่นยนต์สวมใส่ได้และการปลูกถ่ายไบโอนิคอาจมีประโยชน์หลายประการในฐานะอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น การปรับปรุงอวัยวะเทียม แต่นอกเหนือจากนั้น ไบโอนิคและหุ่นยนต์ที่สวมใส่ได้อาจเพิ่มขีดความสามารถของผู้คนในที่ทำงานและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานได้

จากความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วดังกล่าว ศ.มากิน กล่าวว่า คำถามนี้เกิดขึ้นเกี่ยวกับวิธีที่ร่างกายมนุษย์และสมองปรับตัวและดูดซึมอุปกรณ์เหล่านี้ ‘ฉันรู้สึกเหมือนกับว่าชิ้นใหญ่ที่มักถูกละทิ้งจากการสนทนานี้คือสมองและความรู้ความเข้าใจของผู้ใช้จะสัมพันธ์กับส่วนของร่างกายเทียมอย่างไร’ เธอกล่าว

Prof. Makin เป็นผู้นำ โครงการ EmbodiedTech ที่ได้รับการสนับสนุนจาก Horizon เพื่อสำรวจคำถามดังกล่าวว่าสมองของมนุษย์สามารถรองรับส่วนต่างๆ ของร่างกายเทียมได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด นอกจากนี้ สมองเริ่ม รับรู้แขนขาเทียมซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของร่างกายคนใน ระดับ ใด สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับว่ามันดูเหมือนแขนขาจริงแค่ไหน? และสมองใช้การตอบรับจากแขนขาอย่างไร?

หุ่นยนต์สวมใส่ได้

การตอบคำถามดังกล่าวเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้หุ่นยนต์สวมใส่ได้เป็นมิตรกับผู้ใช้มากที่สุดและช่วยให้มั่นใจว่าสมองของเราสามารถจัดการกับพวกมันได้ มีขอบเขตสำหรับการปรับปรุงตามการประมาณการบางอย่างว่าผู้พิการทางร่างกายมากถึง ครึ่งหนึ่งไม่ได้ใช้ขาเทียมที่ใช้อยู่เป็นประจำ

งานวิจัยชิ้นหนึ่งที่ดำเนินการโดยทีมของ Prof. Makin ได้ใช้การถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเชิงฟังก์ชัน (fMRI) กับทั้งผู้ที่มีมือหายและคนสองมือ พวกเขาพบว่ายิ่งมีคนใช้อวัยวะเทียมมากขึ้นเท่าไร พื้นที่สมองที่เกี่ยวข้องกับการจดจำมือก็จะยิ่งแข็งแรงขึ้นเท่านั้น

ผู้ใช้อวัยวะเทียมยังมีการเชื่อมต่อระหว่างส่วนต่างๆ ของระบบประสาทที่แน่นแฟ้นยิ่งขึ้น ทำให้ผู้คนสามารถจดจำและควบคุมมือได้ แสดงว่าสมองได้ปรับตัวให้เข้ากับอวัยวะเทียม

การศึกษาอื่นพบว่าสมองของผู้ใช้ขาเทียมทั่วไปดูเหมือนจะเป็นตัวแทนของอวัยวะเทียมเป็นหมวดหมู่ที่แยกจากมือหรือเครื่องมือ นั่นเป็นเพราะมันทำปฏิกิริยาคล้ายกันมากขึ้นระหว่างอวัยวะเทียมต่างๆ ที่คล้ายกับมือจริงกับที่ไม่ทำ เช่น ตะขอแบบกลไก มากกว่าระหว่างมือกับมือหรือเครื่องมือ

ศ.มากิน กล่าวว่า ‘ขาเทียมประเภทต่างๆ มีการแสดงที่คล้ายกัน ดังนั้นจึงจัดกลุ่มเป็นหมวดหมู่เดียว’ ‘สมองไม่เคยถูกหลอกให้เชื่อมโยงเทียมเหล่านี้กับมือชีวภาพ’

หนวดแขน

ศ.มากิน กล่าวว่า การค้นพบนี้หมายความว่าอาจมีความจำเป็นน้อยกว่าในการ ‘ประกอบ’ ขาเทียมอย่างสมบูรณ์กว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ ซึ่งอาจเพิ่มโอกาสสำหรับหุ่นยนต์ที่สวมใส่ได้

‘เราไม่จำเป็นต้องตกเป็นทาสของวิธีแก้ปัญหาที่เรารู้อยู่แล้ว’ เธอกล่าว “เราสามารถนึกถึงวัสดุใหม่ๆ เช่น แขนงวง เพราะมันหมายความว่าสมองควรจะสามารถจดจำและนำสิ่งเหล่านี้มาใช้ได้ เช่นเดียวกับขาเทียมไบโอนิคที่เป็นจุดสนใจของการออกแบบอวัยวะเทียมในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา”

ผลการวิจัยยังชี้ให้เห็นถึงศักยภาพในการเสริมร่างกายมนุษย์ด้วยแขนขาเสริม ตัวอย่างหนึ่งของสิ่งนี้คือ ‘นิ้วหัวแม่มือที่สาม’ ของหุ่นยนต์ที่ Dani Clode ซึ่งเป็นเพื่อนร่วมงานของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และนักออกแบบส่วนเสริมออกแบบ ให้ผูกติดกับมือใต้นิ้วก้อยและควบคุมโดยเซ็นเซอร์ที่ติดอยู่กับนิ้วเท้าใหญ่ของผู้ใช้

ศ.มากินกล่าวว่า “เราไม่ควรมีหกนิ้ว แต่ดูเหมือนว่านี่เป็นวิธีแก้ปัญหาที่สมเหตุสมผลสำหรับสมอง” ‘คุณสามารถใช้มันเพื่อเก็บเครื่องมืออื่นไว้พร้อมในขณะที่คุณกำลังบัดกรีหรือถ้าคุณกำลังเล่นกีตาร์และต้องการคอร์ดที่บ้าคลั่ง’

อันที่จริง ผู้เข้าร่วมที่มีความสามารถซึ่งฝึกฝนด้วยนิ้ว เพิ่มเติมนั้นเชี่ยวชาญในการใช้มันมากขึ้น และพัฒนาความรู้สึกของการเป็นศูนย์รวม เมื่อเวลาผ่านไป อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในการแสดงการทำงานของมือของสมองหลังจากใช้งานเป็นเวลานาน ยังชี้ให้เห็นถึงความจำเป็นในการระมัดระวัง

“เราไม่ควรศึกษาเทคโนโลยีเหล่านี้โดยแยกจากร่างกาย” ศ.มากิน กล่าว ‘เราต้องตระหนักถึงผลข้างเคียงที่อาจเกิดขึ้นหรือข้อจำกัดของการใช้สมองที่ได้รับการปรับปรุง’

ส่วนต่อประสานระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร

ใน การวิจัยที่ได้รับทุนสนับสนุนจาก Horizon มากขึ้น โครงการ Living Bionics ได้ศึกษาวิธีการรวมอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่มีปฏิสัมพันธ์โดยตรงกับระบบประสาทได้ดีขึ้น อุปกรณ์ดังกล่าวรวมถึงการกระตุ้นสมองส่วนลึกสำหรับโรคพาร์กินสัน เช่นเดียวกับการปลูกถ่ายประสาทหูเทียมและตาไบโอนิคที่ใช้รักษาอาการบกพร่องทางการได้ยินหรือการมองเห็น

ดร.โรแบร์โต ปอร์ติลโล-ลารา นักชีววิศวกรรมจากอิมพีเรียลคอลเลจลอนดอน ซึ่งทำงานในโปรเจ็กต์นี้กล่าวว่า “เมื่อคุณฝังอุปกรณ์ พื้นฐานจะแตกต่างอย่างมากกับเนื้อเยื่อรอบข้าง ‘เรากำลังพยายามออกแบบส่วนต่อประสานระหว่างอุปกรณ์ฝังเหล่านี้กับเนื้อเยื่อทางสรีรวิทยา’

ปัญหาเกี่ยวกับรากฟันเทียมในปัจจุบันคือการใช้โลหะที่ระบบประสาทรับรู้ว่าเป็นสิ่งแปลกปลอม เขาอธิบาย สิ่งนี้สามารถสร้างรอยแผลเป็นและแยกรากฟันเทียม ทำให้เสียหายในระยะยาว และสร้างปัญหาด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้น

วิธีแก้ปัญหาอาจเป็นการรวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้ากับพอลิเมอร์ที่มีเซลล์ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อเลียนแบบองค์ประกอบของเนื้อเยื่อชีวภาพ สิ่งเหล่านี้ถูกบรรจุไว้ในไฮโดรเจลแบบนิ่มที่สามารถทำหน้าที่เป็นสารเคลือบสำหรับอุปกรณ์ที่มีอยู่หรือนำไปใช้เพื่อสร้างอุปกรณ์ใหม่

เคลือบรากเทียม

ดร.พอร์ตติลโล-ลารากล่าวว่า “เรากำลังผสานเทคโนโลยีที่แตกต่างจากสาขาวิทยาศาสตร์วัสดุชีวภาพและทำงานร่วมกับเซลล์ต้นกำเนิดจากประสาท และนำมารวมกันเพื่อสร้างสารเคลือบที่มีชีวิต”

เขาอธิบายการหาสมดุลที่เหมาะสมระหว่างโพลีเมอร์สังเคราะห์และธรรมชาติ ดร.พอร์ตติลโล-ลารา กล่าวว่า ‘โพลีเมอร์สังเคราะห์มีข้อได้เปรียบมากมาย เนื่องจากมีความทนทานและสามารถคาดการณ์ได้’ ‘โพลีเมอร์ธรรมชาติใช้งานได้ยากกว่า แต่ก็คล้ายกับเซลล์ที่ใช้อยู่’

เมื่อเริ่มต้นด้วยส่วนผสมสังเคราะห์มากขึ้นในการทดสอบในห้องปฏิบัติการ พบว่าองค์ประกอบดังกล่าวไม่เอื้อต่อการเจริญเติบโตของเซลล์มากนัก แต่การผสมผสานพอลิเมอร์ที่เป็นธรรมชาติมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปส่งผลให้สารเคลือบทำงานได้ดีขึ้นในที่สุด

‘คำตอบนั้นง่าย: ทำให้สิ่งนี้คล้ายกับเนื้อเยื่อธรรมชาติมากขึ้น จากนั้นเซลล์จะทำงานได้ดีขึ้น’ เขากล่าว ‘ตอนนี้มันเป็นสิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองโลก’ Dr Portillo-Lara คิดว่าการทดสอบขั้นสูงสามารถเริ่มได้ในต้นปีหน้า

เช่นเดียวกับ EmbodiedTech การวิจัยมีความหมายสำหรับเทคโนโลยีในอนาคตนอกเหนือจากคลินิก ซึ่งรวมถึงการควบคุมเครื่องจักร เช่น รถเข็นไฟฟ้าด้วยจิตใจ ดร. Portillo-Lara กล่าวว่า “วิธีการติดต่อกับระบบประสาทให้ดีขึ้นมีผลกระทบต่อการเชื่อมต่อระหว่างสมองกับคอมพิวเตอร์

ผลกระทบของสมอง

นั่นหมายความว่าสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจถึงผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นกับสมอง เราต้องคิดว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเทคโนโลยีเหล่านี้เข้าถึงได้มากพอ ไม่เพียงแต่ผู้ป่วยจะต้องการรับการปลูกถ่ายอย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น แต่ยังรวมถึงผู้บริโภคทั่วไปด้วย

ดร.ปอร์ติลโล-ลารา เชื่อว่าเทคโนโลยีดังกล่าวจะพร้อมใช้ภายในหนึ่งทศวรรษ แม้ว่าการคาดการณ์เมื่อเทคโนโลยีจะพร้อมใช้งานจะยากกว่ามาก เนื่องจากความท้าทายด้านจริยธรรมและระเบียบข้อบังคับ

‘แอปพลิเคชันจะไร้ขีด จำกัด อย่างแท้จริง’ เขากล่าว ‘มีแอปพลิเคชั่นที่เกิดขึ้นใหม่มากมายที่เราไม่สามารถจินตนาการได้ในขณะนี้เพราะเทคโนโลยีไม่มีอยู่จริง’

การวิจัยในบทความนี้ได้รับทุนจาก European Research Council (ERC) ของสหภาพยุโรป บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกในHorizonนิตยสาร EU Research and Innovation 

หน้าแรก

แทงบอลออนไลน์ , พนันบอล , ทางเข้า UFABET

Share

You may also like...