شیلا نیرنبرگ :چشمی مصنوعی برای شفای نابینایی

من روی چگونگی پردازش اطلاعات به وسیله ی مغز مطالعه میکنم به نحوی که چطور اطلاعات از دنیای خارج گرفته ، و و به الگوهایی از فعالیتهای الکتریکی تبدیل مشوند وسپس چگونه مغز از آنها استفاده میکند تا شما بتونین کارهایی رو انجام دهید-- ببینید ،بشنوید ، شيئی را بگیرید من یک دانشمند علوم بنیادی هستم و نه یک پزشک درمانی ولی در یه سال نیم گذشته شروع کردم به تغییر،تا از آموخته های این الگوها برای گسترش اندامهای مصنوعی استفاده کنم برای گسترش اندامهای مصنوعی کاری که میخوام امروز انجام بدم اینه که بهتون یه مثال از این عمل نشون بدم در حقیقت این اولین تلاش ما برای اینکاره این یه پیشرفت در ساخت اندامهای مصنوعی برای درمان نابیناییه

اجازه بدید درباره ی این برنامه صحتبم رو شروع کنم ده میلیون نفر در آمریکا و خیلی بیشتر از این درسطح جهان نابینان هستند و یا بخاطر بیماریهای شبکیه در معرض نابینایی هستند ، بیماریهایی مثل تباهی لکه زرد که کار کمی میشه براشون انجام داد تعدادی درمان دارویی هست ،ولی آنها فقط برای کسر کمی از این جمعیت موثرند پس ،برای اکثریت این افراد بیشترین امیدشون برای بازپس گرفتن بینایشون اندامهای مصنوعیه ،مشکل اینجاست که اندامهای مصنوعی فعلی کاملا درست عمل نمیکنند، آنها هنوز در توانایی نمایش تصویر خیلی محدودند ، میدونید ، مثلا ،با این ابزار بیماران میتونن چیزای ساده رو ببینند مثل نور روشن و لبه های خیلی تیز نه خیلی بیشتر، پس حتی امکان نزدیک شدن به دید طبیعی هم وجود نداشته

چیزی که من میخوام امروز بهتون بگم دستگاهیه که ما روش کار میکنیم که فکر میکنم این توان را داره تا یه تغییر موثرتری رو ایجاد کنه و میخوام بهتون نشون بدم که چطور کار میکنه اجازه بدید یه مقدار به عقب برگردم و نشونتون بدم که یک شبکیه سالم چطور کار میکنه که بتونین مشکلی رو که ما تلاش میکنیم حل کنیم رو ببینید اینیکه میبینید یه شبکیه است خب یه عکس داریم از یه شبکیه و یه مغز پس وقتی شما به یک شیی مثل این صورت بچه نگاه میکنید ،اون میره داخل چشمتون و روی شبکیه میوفته روی سلول گیرنده نوری ، اتفاقی که میوفته اینه که بخش میانی چرخه شبکیه وارد عمل میشه وعملیاتهایی رو برای جداسازی اطلاعات و تبدیل اطلاعات به یک کد انجام میده و اون کد این الگو از پالسها رو بیان میکنه که به سمت مغز فرستاده میشه پس نکته کلیدی اینه که تصاویر در نهایت به یک کد تبدیل میشن وقتی میگم کد منظورم دقیقا همان کد است . مثل این الگو ازپالسها که دقیقا معنی یک صورت بچه رو داره پس وقتی مغز این الگو از پالسها رو میگیره اون میفهمه که اونچیزی که اون بیرونه یه صورت بچه هست و وقتی مغز الگوی دیگه ای رو بگیره انوقت اون میفهمه که چیزی که نگاه میکنه یه سگه یا الگوی دیگر میتونه یه ساختمون باشه به هر حال موضوع رو فهمیدید

و البته در زندگی روزمزه اینها همه دینامیک هستند یعنی این الگو از پالسها دائما در حال تغییر هستند چون دنیایی که شما میبینید دائما درحال تغییره پس فرایند پیچیدیه این الگوهای پالسی هر یک ثانیه از چشم شما خارج میشن و به مغز میگن که چی داره میبینه پس چه اتفاقی میوفته وقتی یه فرد دچار اختلالات شبکیه میشه مثل تباهی لکه زرد اتفاقی که سلولهای جلو و عقب میمیرند در طول زمان سلولهای گیرنده نوری میمیرن و و چرخه ای که بهش متصله هم میمیره تنها چیزه که باقی میمونه سلولهای خروجیه سلولهایی که سیگنالها رو به مغز میفرستند ولی بخاطر اون خرابی اینها هم دیگر هیچ سیگنالی نمیفرستند آنها هیچ ورودی دریافت نمی کنند انها هیچ ورودی دریافت نمی کنند پس مغز فرد دیگه هیچ داده تصویری دریافت نمی کند که اونوقت اون فرد نابینا میشود

پس راه حل این مشکل این خواهد بود که دستگاهی بسازیم تا جای سلولهای گیرنده نور رو بگیره و سیگنالهایی رو به سلولهای خارجی شبکیه بفرسته و اونا بتونن به عملکرد طبیعی خود برسند که فرستادن پیغام به مغزه پس این کاریه که ما داریم انجام میدم و این کاریه که اندام مصنوعی ما انجام میده پس اون شامل دو بخشه کُد گذار encoder و یه مبدل transducer که دقیقا کاری رو که براتون گفتم رو انجام میده پس اون تصاویر رو میگیره و انها رو به کدهای شبکیه تبدیل میکنه سپس مبدل سلولهای خروجی را تولید میکنه که این کدها رو به مغز بفرسته و نتیجه این عمل یک شبکیه مصنوعی خواهد بود که میتونه خروجی های طبیعی شبکیه رو تولید کنه. پس یه شبکیه کاملا نابینا حتی اونی که سلول گیرنده نور نداره حالا میتونه سیگنالهای طبیعی رو که مفز میتونه اونها را متوجه بشه را بغرسته. سیگنالهای طبیعی رو که مفز میتونه اونها را متوجه بشه را بغرسته. خُب هیچ وسیله ای قبلا نمیتونسته یه همچین کاری رو انجام بده

بسیار خوب، من فقط میخوام یکی دو جمله درباره کدگزار و کاری رو که انجام میده رو بهتون بگم و چون اون عملا کلیدی ترین بخشه و اون یجورای خیلی جالب و باحاله مطمئا نیستم که باحال کلمه ی مناسبیه یا نه ولی منظورم رو فهمیدید پس کاری که اون انجام میده اینه که اون جایگزین چرخه شبکیه میشه واقعا مفهوم چرخه شبکیه یه دسته از معادلات که ما میتونیم روی یه چیپ اجرا کنیم به زبان دیگه، ما دقیقا اجزای شبکیه را جایگزین نمیکنیم. به زبان دیگه، ما دقیقا اجزای شبکیه را جایگزین نمیکنیم. اینطور نیست که ما دستگاهای کوچکی درست کنیم که جایگزین این نوع سلولها شوند. اینطور نیست که ما دستگاهای کوچکی درست کنیم که جایگزین این نوع سلولها شوند. ما فقط پایه و اساس کاری رو که شبکیه انجام میده رو با یه سری از معادلات مینویسیم و معادلات به عنوان یه کتاب کُد به ما کمک مکنه یعنی تصویر وارد میشه با یه سری معادلات پردازش میشه و یه خروجی از پالسهای الکتریکی رو تولید میکنه که کاملا شبیه یه شبکیه طبیعی عمل میکنه

حالا اجازه بدید که اعتبار حرفهایم را نشونتون بدم که ما واقعا به خروجی طبیعی را تولید میکنیم، حالا اجازه بدید که اعتبار حرفهایم را نشونتون بدم که ما واقعا به خروجی طبیعی را تولید میکنیم، حالا اجازه بدید که اعتبار حرفهایم را نشونتون بدم که ما واقعا به خروجی طبیعی را تولید میکنیم، و اینکه این چه مفهومی داره. اینجا سه گروه از الگوساز هست اولی برای یه حیوونه سالمه وسطی برای حیوونه نابیناییه که با این دستگاهها درمان شده و اخری برای حیوونه نابیناییه که با دستگاههای استاندارد فعلی درمان شده پس اخری در بازار موجوده که اساسا از یه حسگر نوری تولید شده نداره کاری که ما انجام دادیم کدگزاری ولی این بود که ما فیلمایی رو که از زندگی روزمره گرفته بودیم رو مثل نوزادان و نیمکتهای پارک و چیزهای عادی که اتفاق میوفتن رو به شبکیه ارائه میدادیم و واکنشهایی رو که شبکیه ی این سه گروه از حیوونا میدادن رو ضبط میکردیم حالا برایه اینکه بفکرتون جهت بدم ؛هر عکس نشون دهنده ی ارسال سیگنال به وسیله ی چندتا سلوله و دقیقا مثل اسلاید قبل هر ردیف یه سری از سلولهای متفاوته فقط پالسها کوچیکتر و باریک ترن که که من بتونم وسعت بیشتری رو بهتون نشون بدم همینطور که دارد میبینید

الگوهای ارسال که از حیوون نابینای درمان شده با کدگزار - مبدل خیلی به الگوهای ارسال شده ی طبیعی شباهت دارن-- این عالی نیست اما خیلی خوبه-- و حیوونی که با اندامهای استاندارد درمان شده واکنش یکسانی واقعا نداره. اونا به وسیله ی متددهای فعل عمل میکنند سلولها الگوهایی رو ارسال میکنن ولی الگو های ارسالی درست و طبیعی رو ارسال نمی کنند اونا کدهای درستی رو ندارن ، اینکه این موضوع چقدر اهمیت داره ؟ و چه اثر بالقوه ای روی توانایی بینایی بیمار داره ؟ حالا من میخوام یه آزمایش نشونتون بدم که جواب این سوال رو میده والبته من داده های زیادی رو هم دارم که اگه علاقه داشته باشین خوشحال میشم چیزهای بیشتری بهتون نشون بدم اسم آزمایش آزمون بازسازیه کاری که ما انجام میدیم اینه که ما لحظاتی رو در زمانهای مختلف ضبط کرده ایم و بعد پرسیدیم که شبکیه در حال دیدن چه چیزیه ؟ ایا ما میتونیم چیزی که دیده میشه رو از روی الگوهای ارسالیه شبکیه بازسازی کنیم

وقتی ما این کار رو برای واکنش ها از متد معمولی فعلی و از کُد گذار و مبدل مان انجام دادیم بزارید نشونتون بدم ،می خوام با متدد استاندارد فعلی شروع کنم. که شما بتونین ببینید که چقدر محدوده چون الگوهای ارسالی از کد درستی استفاده نمیکنند انها برای بیان چیزی که اون بیرونه محدودن، شما میتوننید ببینید که چیزی اونجا هست ولی خیلی واضح نیست که اون چه چیزیه واین دقیقا به چیزی که اول صحبتم گفتم برمیگرده که با متدهای استاندارد فعلی بیمار فقط لبه های تیز اجسام رو میبینه اونا میتونن نور رو ببینن ولی کیفیت تصویر نمیتونه به راحتی بیشتر بشه خب اون تصویر چی بوده اون یه صورت کودک بود، خب دستگاه ما چه کیفیتی داره ؟ با اضافه کردن کدها خیلی بهتر از قبل میتونه ببینه الان نه نتها میتونین بگید که عکس یه صورت کودکه بلکه میتونین تفاوت قائل شید که این یه چالش و کاره خیلی سختیه در طرف چپ تنها سلول کُدگزاری هست و در طرف راست یه شبکیه کور مبدل و یه کد گزار ولی قطعه کلیدی فقط کدگزار است چون ما میتونیم کدگزار رو با مبدل متفاوتی اضافه کنیم

این اولین دفعه ای هست که این کار رو انجام دادیم ،می خوام چیزی رو راجع به متدهای استاندارد فعلی بهتون بگم وقتی اینها برای اولین بار ساخته شدند چیز جالب اینه که، این ایده که حتی بتونیم یه شبکیه ی نابینا رو وادار به واکنش کند است. ولی یکسری فاکتورهای محدود کننده هم وجود داره قضیه ی کدها وچگونگی واکنش بهتر سلولها برای تولید واکنشهای طبیعی واین هم سهم ما از این عملیات بود حالا میخوام جمعبندی کنم و همونطور که جلوتر اشاره کردم مسلما من خیلی اطلاعات دیگر هم دارم اگر علاقه داشته باشید، ولی فقط میخوام این اطلاعات پایه ای رو بهتون بدم که این توانایی رو به ما میده تا به زبان خود مغز باهاش ارتباط برقرار کنید و این قدرت بلقوه که میتونیم این کار رو انجام بدیم پس این با اندامهای موتوری متفاوته جایی که شما به وسیله ی مغز با یک دستگاه ارتباط برقرار میکنید اینجا ما مجبوریم از دنیای خارجی با مغز جوری ارتباط برقرار کنیم که مغز متوجه بشه

و اخرین چیزی که میخوام بگم واقعا اینه که به این موضوع تاکید کنم که این یک ایده ی کلی است پس ایده ای که ما برای فهمیدن کدی استفاده میکنیم برای قسمتهای دیگه هم یکسانه برای مثال سیستمهای شنوایی و حرکتی پس ما میتونیم با این روش ناشنوایی رو هم درمان کنیم وهمینطور برای اختلالات حرکتی دقبقا همان راهی که ما میتونیم بریم سراغ مدارات اسیب دیده تا سلولهای خروجی شبکیه رو پیدا کنیم و بریم سراغ مدارات اسیب دیده در قسمت حلزونی گوش تا سلولهای عصبی شنوایی رو پیدا کنیم یا بریم سراغ ناحیه صدمه دیده در ناحیه کرتکس مغز در قسمت محرک کرتکس تا این خلال رو که بخاطر سکته به وجود اومده رو دور بزنیم

من میخوام با یه پیام ساده تمام کنم که فهمیدن این کدها کار فوق العاده مهمیه و اگر ما بتونیم این کدها رو که زبان مغز هست رو بفهمیم چیزهای که در گذشته ناممکن بودن ممکن میشه

ممنونم