ฝัง “อิเล็กโทรด” ใส่สมองลิงฝึกเป็นอวตาร

แม้ไม่ได้ขยับแขนขาจริงๆ แต่ลิงที่ได้รับการฝัง “อิเล็กโทรด” ลงสมอง สามารถมองวัตถุเสมือนแล้วใช้แขนอวตารเคลื่อนย้ายวัตถุเหล่านั้นได้ และยังรับรู้ได้ถึงความแตกต่างของสัมผัสจากพื้นผิววัตถุเสมือนเหล่านั้น เป็นก้าวแรกที่จะพัฒนาไปสู่เทคโนโลยีที่ช่วยให้ผู้ป่วยซึ่งขับแขนขาไม่ได้กลับช่วยเหลือตัวเองได้อีกครั้ง และรับรู้ถึงสัมผัสที่แตกต่างจากวัตถุทั้งหลายได้อีกด้วย

“สักวันหนึ่งในอนาคตอันใกล้ ผู้ป่วยที่เป็นอัมพาตขยับแขนขาไม่ได้ จะได้ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีนี้เพื่อขับแขนขาและกลับมาเดินได้อีกครั้งหนึ่ง แต่ไม่เพียงเท่านั้นยังสัมผัสได้ถึงพื้นผิวของวัตถุที่อยู่ในมือของพวกเขา หรือรับรู้ถึงความแตกต่างของพื้นดินโดยอาศัยโครงกระดูกยนต์ที่สวมใส่ได้ (Wearable robotic exoskeleton)” มิกูเอล นิโคลลิส (Miguel Nicolelis) ศาสตราจารย์ด้านประสาทชีววิทยา จากศูนย์การแพทย์มหาวิทยาลัยดุค (Duke University Medical Center) สหรัฐฯ และผู้อำนวยการร่วมของศูนย์วิศวกรรมประสาทวิทยาดุค (Duke Center of Neuroengineering) ซึ่งเป็นสมาชิกอาวุโสของทีมวิจัยสร้างอวตารกล่าว

ทั้งนี้ ข้อมูลจากเมดิคัลเอ็กซ์เพรสและไซน์เดลีรวมถึงเอเอฟพีระบุว่า ทีมวิจัยมหาวิทยาลัยดุคได้ฝังอิเล็กโทรดลงสมองลิงวอก (rhesus monkey) 2 ตัว เพื่อศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างสมองของไพรเมท (primate) และร่างกายเสมือน ซึ่งลิงทั้งสองตัวได้รับการฝึกให้ใช้แค่สัญญาณไฟฟ้าในสมองเพื่อเคลื่อนย้ายแขนจำลองและจำแนกความแตกต่างของพื้นผิววัตถุ โดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายอวัยวะใดๆ ของร่างกายจริง

แม้ว่าเมื่อมองด้วยสายตาแล้ววัตถุเสมือนที่ใช้ในการทดลองจะมีความแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด แต่วัตถุเสมือนดังกล่าวก็ยังได้รับการออกแบบมาให้มีพื้นผิวแตกต่างกัน ซึ่งสัมผัสได้เมื่อลิงใช้แขนเสมือนที่ควบคุมด้วยสัญญาณไฟฟ้าในสมองโดยตรง โดยความแตกต่างของพื้นผิวเสมือนนั้นแสดงออกด้วยรูปแบบการส่งสัญญาณไฟฟ้าไปยังสมองของลิง ซึ่งมีรูปแบบที่แตกต่างกัน 3 รูปแบบตามชนิดของวัตถุเสมือนนั้นๆ

เหตุเพราะไม่มีส่วนใดของร่างกายจริงที่สัมผัสกับเครื่องมือเชื่อมประสานระหว่างหน้าสัมผัสกับสมองที่เรียกว่าบีเอ็มบีไอ (BMBI: Brain Machine Brian Interface) นี้ ผลจากการทดลองจึงชี้ให้เห็นว่า ในอนาคตผู้ป่วยที่เป็นอัมพาตอย่างรุนแรงจากการบาดเจ็บของไขสันหลังอาจได้ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีนี้ ซึ่งไม่เพียงแค่ช่วยให้กลับมาเคลื่อนไหวร่างกายใหม่เท่านั้น แต่ยังช่วยฟื้นฟูการรับรู้ถึงสัมผัสได้อีกครั้ง

นิโคลลิสกล่าวว่า การทดลองนี้สาธิตการเชื่อมต่อระหว่างสมองและร่างกายสมองได้โดยตรง โดยอินเตอร์เฟสบีเอ็มบีไอซึ่งทำหน้าที่เป็นร่างกายเสมือนจะถูกควบคุมโดยตรงจากกิจกรรมในสมองลิง โดยมือเสมือนจะสร้างสัญญาณส่งกลับของพื้นผิวสิ่งทอเสมือนในการทดลอง แล้วส่งสัญญาณจำลองทางไฟฟ้าไปยังเปลือกสมอง (cortex) ของลิง ซึ่งเขาและทีมหวังว่าในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า เทคโนโลยีนี้จะช่วยคืนชีวิตอิสระให้แก่ผู้ป่วยที่ถูกขังอยู่ในร่างกายที่เคลื่อนไหวไม่ได้ และยังไม่สามารถรับรู้สัมผัสของโลกที่อยู่แวดล้อม

“การทดลองครั้งนี้ยังเป็นครั้งแรกที่เราได้สังเกตสมองควบคุมแขนเสมือนที่สำรวจวัตถุขณะที่สมองรับสัญญาณไฟฟ้าสะท้อนกลับอย่างต่อเนื่อง ซึ่งสัญญาณดังกล่าวจะแสดงถึงผิวสัมผัสของละเอียดของวัตถุที่รับรู้ผ่านมือเสมือนของลิง และปฏิสัมพันธ์ระหว่างสมองและอวตารนี้เป็นอิสระอย่างสิ้นเชิงจากร่างกายจริงของลิง เพราะลิงไม่ได้เคลื่อนไหวแขนหรือมือจริงเลย หรือไม่ได้ใช้ผิวหนังจริงสัมผัสวัตถุและจำแนกผิวสัมผัสของวัตถุ มันคล้ายๆ กับการสร้างช่องทางรับสัมผัส ซึ่งสมองสามารถประมวลผลข้อมูลที่ไม่สามารถส่งผ่านร่างกายจริงหรือประสาทส่วนปลายได้” นิโคลลิสอธิบาย

กิจกรรมทางไฟฟ้าของเซลล์ประสาท 50-200 เซลล์ ในสมองส่วนควบคุมการเคลื่อนไหว (motor cortex) ของลิงทำหน้าที่ควบคุมการบังคับแขนอวตาร ส่วนเซลล์ประสาทอีกนับพันในสมองส่วนรับรู้สัมผัส (primary tactile cortex) จะรับสัญญาณไฟฟ้าสะท้อนกลับอย่างต่อเนื่องจากอุ้งมือเสมือน ซึ่งช่วยให้ลิงแยกแยะวัตถุโดยอาศัยเพียงผิวสัมผัสของวัตถุได้ ซึ่งนิโคลลิสกล่าวว่าเป็นความสำเร็จที่โดดเด่นในการทดลองกับไพรเมทที่ไม่ใช่มนุษย์ ซึ่งทำให้ทีมวิจัยเชื่อว่า จะประสบความสำเร็จในมนุษย์อย่างไม่ยากเย็นได้ในอนาคตอันใกล้นี้

ลิงตัวหนึ่งในการทดลองใช้ความพยายามเพียง 4 ครั้ง อีกตัวใช้ความพยายาม 9 ครั้ง ในการเรียนรู้ว่าจะเลือกวัตถุที่ถูกต้องอย่างไรระหว่างการทดลองแต่ละครั้ง ซึ่งการทดลองหลายๆ ครั้งแสดงให้เห็นว่า ลิงสามารถสัมผัสวัตถุได้จริงๆ ไม่ใช่สุ่มเลือก และงานวิจัยนี้ยังแสดงหลักฐานสนับสนุนว่า มีความเป็นไปได้ที่จะสร้างโครงกระดูกยนต์ที่ผู้ป่วยสามารถสวมใส่เพื่อสัมผัสความรู้สึกจากสิ่งที่อยู่รอบตัว และผู้ป่วยสามารถสั่งการโครงกระดูกยนต์โดยสัญญาณสมองได้โดยตรง เพื่อเคลื่อนไหวได้อย่างอัตโนมัติ และเซ็นเซอร์ซึ่งติดอยู่รอบโครงกระดูกดังกล่าวยังส่งสัญญาณไปยังสมองผู้ป่วยให้สามารถจำแนกความแตกต่างของพื้นผิว รูปร่างและอุณหภูมิของวัตถุนั้นได้

โครงการวอล์กอะเกน (Walk Again Project) ความร่วมมือระดับนานาชาติที่ไม่แสวงผลกำไรที่ก่อตั้งโดยทีมนักวิทยาศาสตร์ชาวบราซิล เยอรมัน สวิสและอเมริกัน ได้คัดเลือกงานวิจัยนี้เพื่อนำไปสู่การบำบัดผู้ป่วยอัมพาตให้กลับมาเคลื่อนไหวได้อีกครั้ง และทีมนักวิทยาศาสตร์จากโครงการนี้ยังเสนอที่จะสาธิตชุดโครงกระดูกยนต์ในพิธีเปิดการแข่งฟุตบอลโลกในปี 2014 ที่บราซิลด้วย