Φανταστείτε να μπορούσατε να «δείτε» μια εικόνα ή να «ακούσετε» μια μελωδία χωρίς να χρησιμοποιήσετε τα μάτια ή τα αυτιά σας. Αντί τα ερεθίσματα να περνούν από τα φυσικά αισθητήρια όργανα, η πληροφορία να εγγράφεται απευθείας στους νευρώνες του εγκεφάλου σας. Αυτό που μέχρι χθες φάνταζε ως θεωρητική πιθανότητα, αποτελεί πλέον χειροπιαστή πραγματικότητα στα εργαστήρια του Πανεπιστημίου Northwestern στις ΗΠΑ.
Ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον πρωτοπόρο στη βιοηλεκτρονική John A. Rogers και τη νευροβιολόγο Yevgenia Kozorovitskiy, ανέπτυξε ένα μικροσκοπικό, εύκαμπτο εμφύτευμα που έχει τη δυνατότητα να παρακάμπτει πλήρως τα κατεστραμμένα αισθητήρια όργανα. Η συσκευή, η οποία παρουσιάστηκε πρόσφατα στο Nature Neuroscience, ανοίγει έναν νέο δρόμο για την αντιμετώπιση της τύφλωσης, της κώφωσης και την αποκατάσταση της αφής σε άτομα με προσθετικά μέλη.
Τεχνολογία που «μιλάει» τη γλώσσα των νευρώνων
Η καινοτομία της συσκευής δεν βρίσκεται μόνο στο τι κάνει, αλλά κυρίως στο πώς το κάνει. Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά εγκεφαλικά εμφυτεύματα που απαιτούν πολύπλοκές χειρουργικές επεμβάσεις και διείσδυση στον εγκεφαλικό ιστό, το νέο τσιπ είναι ελάχιστα παρεμβατικό. Έχει το μέγεθος ενός γραμματοσήμου, είναι λεπτότερο από πιστωτική κάρτα και τοποθετείται υποδόρια, ακριβώς κάτω από το δέρμα του κεφαλιού, επάνω στο κρανίο.
Το σύστημα αποτελείται από μια συστοιχία 64 μικροσκοπικών λυχνιών LED (micro-LEDs). Αξιοποιώντας την τεχνολογία της οπτογενετικής, η συσκευή εκπέμπει προγραμματισμένα μοτίβα φωτός τα οποία διαπερνούν τα οστά του κρανίου και διεγείρουν στοχευμένα νευρώνες στον εγκεφαλικό φλοιό. Ουσιαστικά, το τσιπ μετατρέπει ψηφιακές πληροφορίες σε φωτεινά σήματα που ο εγκέφαλος μπορεί να αποκωδικοποιήσει ως αισθητηριακή εμπειρία.
«Ο εγκέφαλός μας βρίσκεται σε μια διαρκή διαδικασία μετάφρασης της ηλεκτρικής δραστηριότητας σε βιωματική εμπειρία», εξηγεί η καθηγήτρια Yevgenia Kozorovitskiy. «Με αυτή την τεχνολογία, αποκτούμε τη δυνατότητα να παρεμβαίνουμε απευθείας σε αυτή τη διαδικασία, παρακάμπτοντας τους φυσικούς μεσάζοντες».
Το πείραμα που άλλαξε τα δεδομένα
Για να αποδείξουν τη λειτουργικότητα του συστήματος, οι ερευνητές πραγματοποίησαν πειράματα σε ποντίκια, τα οποία είχαν τροποποιηθεί γενετικά ώστε οι νευρώνες τους να αντιδρούν στο φως. Το εμφύτευμα τοποθετήθηκε πάνω από την περιοχή του φλοιού που σχετίζεται με την αισθητηριακή αντίληψη.
Οι επιστήμονες προγραμμάτισαν τη συσκευή να εκπέμπει συγκεκριμένα φωτεινά μοτίβα, τα οποία δεν ήταν ορατά με τα μάτια των πειραματόζωων, αλλά γίνονταν αντιληπτά απευθείας από τον εγκέφαλό τους. Μέσα σε ελάχιστο χρονικό διάστημα, τα ποντίκια έμαθαν να αναγνωρίζουν αυτά τα σήματα. Όταν ο εγκέφαλός τους δεχόταν ένα συγκεκριμένο «φωτεινό μήνυμα», τα ζώα εκτελούσαν μια συγκεκριμένη εργασία για να λάβουν ανταμοιβή, αποδεικνύοντας ότι είχαν αντιληφθεί την πληροφορία.
Το εντυπωσιακό στοιχείο είναι ότι τα ζώα εκπαιδεύτηκαν να αντιλαμβάνονται μια εντελώς τεχνητή αίσθηση, κάτι που δεν είχαν βιώσει ποτέ ξανά στη φύση. Όπως αναφέρει η ερευνητική ομάδα, είναι σαν να μαθαίνεις στον εγκέφαλο ένα νέο αλφάβητο, το οποίο αποτελείται από παλμούς φωτός αντί για γράμματα ή ήχους.
Ασύρματη ελευθερία και απουσία μπαταρίας
Ένα από τα μεγαλύτερα τεχνικά επιτεύγματα της ομάδας του Northwestern είναι η ενεργειακή αυτονομία της συσκευής. Το τσιπ δεν διαθέτει μπαταρία, κάτι που θα απαιτούσε τακτικές επεμβάσεις για αντικατάσταση ή ογκώδη εξαρτήματα. Αντ’ αυτού, λειτουργεί και ελέγχεται ασύρματα μέσω τεχνολογίας NFC, παρόμοιας με αυτή που χρησιμοποιούμε για ανέπαφες πληρωμές με τα κινητά μας.
Αυτό επιτρέπει στους χρήστες (σε πρώτη φάση στα πειραματόζωα και μελλοντικά στους ανθρώπους) να κινούνται ελεύθερα, χωρίς να είναι καλωδιωμένοι σε εξωτερικούς υπολογιστές, όπως συνέβαινε με παλαιότερες πειραματικές διατάξεις οπτογενετικής. Η συσκευή «κοιμάται» κάτω από το δέρμα και ενεργοποιείται μόνο όταν χρειάζεται να μεταδώσει πληροφορία.
Από την αποκατάσταση στην επαύξηση των αισθήσεων
Οι προοπτικές που ανοίγονται είναι κυριολεκτικά απεριόριστες. Η άμεση εφαρμογή αφορά την ιατρική αποκατάσταση. Άτομα με βλάβες στο οπτικό νεύρο ή στον αμφιβληστροειδή, όπου τα συμβατικά γυαλιά ή οι φακοί δεν μπορούν να βοηθήσουν, θα μπορούσαν να λάβουν οπτικά ερεθίσματα απευθείας από μια κάμερα που στέλνει δεδομένα στο εμφύτευμα. Αντίστοιχα, κωφοί ασθενείς θα μπορούσαν να ανακτήσουν την ακοή τους παρακάμπτοντας πλήρως το αυτί.
Ίσως όμως η πιο συναρπαστική εφαρμογή να αφορά τα προηγμένα προσθετικά μέλη. Σήμερα, ένα ρομποτικό χέρι μπορεί να πιάσει ένα αντικείμενο, αλλά ο χρήστης δεν «νιώθει» την υφή ή τη θερμοκρασία του. Με το νέο τσιπ, αισθητήρες στο ρομποτικό άκρο θα μπορούσαν να στέλνουν σήματα στον σωματοαισθητικό φλοιό του εγκεφάλου, επιτρέποντας στον χρήστη να αισθανθεί ξανά το χάδι ή το κράτημα ενός αντικειμένου, σαν να ήταν το δικό του χέρι.
