آخرین مطالب

ماموریتی برای ساخت نسخهٔ المثنی از مغز

امروزه، مدل‌های مجازی که از روی نمونه‌های واقعی ساخته می‌شوند و به همزاد دیجیتال مشهورند، یکی از شالوده‌های اصلی در فرآیند تولید محصول، صنایع و هوافضا به‌شمار می‌آیند. این مدل‌های مجازی در شبیه‌سازی شهرها، بنادر و نیروگاه‌های نیز کارایی دارند. جان ویکرز، محقق ناسا اولین کسی بود که اصطلاح همزاد مجازی در سال ۲۰۱۰ و طی گزارشی در رابطه با نقشه راه فناوری این آژانس فضایی به‌کار برد و حالا تحلیل‌گران صنعتی تخمین می‌زنند که بازار همزاد‌های دیجیتال تا سال ۲۰۲۶ به رقمی در حدود ۵۰ میلیارد دلار برسد.

حالا مدتی است که این ایده، وارد علم زیست‌شناسی نیز شده است. در سال ۲۰۱۶ بیل رو (که بعدتر مدیرعامل بخش دیجیتال شرکت جنرال‌الکتریک شد)، پیش‌بینی کرد که: «ما در آستانه تولد همزاد دیجیتال هستیم، داده‌ها از طریق حسگرهایی که از همه در حال استفاده از آن هستند، جمع‌آوری می‌شود و این همزاد دیجیتال، موارد مرتبط با بیماری و سرطان و موارد مشابه را پیش‌بینی و به ما اطلاع می‌دهد.»

یک همزاد دیجیتال می‌تواند درمان‌هایی مناسب برای بیمار ارائه دهد و چگونگی پیشرفت بیماری را پیش‌بینی کند. حتی می‌توان از آن برای آزمایش درمان‌های بالقوه، به جای آزمایش آن‌ها بر روی بیمار که می‌تواند فرآیندی خطرناک باشد، استفاده نمود.

در حال حاضر این پروژه‌ها عمدتاً در مراحل اولیه خود هستند. یک برنامه تحقیقاتی به نام Echoes، که شامل محققانی در اروپا، بریتانیا و ایالات متحده است، در حال کار برای ایجاد قلب دیجیتال است. Siemens Healthineers، یک شرکت آلمانی تجهیزات پزشکی است که هدف مشابهی را دارد. Dassault Systèmes، شرکت نرم‌افزاری فرانسوی، با سازمان غذا و داروی ایالات متحده همکاری می‌کند تا برای آنچه که “قلب زنده” می‌نامد، تاییدیه بگیرد. شرکت اتریشی golem در حال ایجاد شبیه‌سازهای دیجیتالی از افراد آسیب‌پذیری می‌باشد که تنها زندگی می‌کنند. هدف آن این است که شبیه‌سازهای دیجیتالی به‌طور مداوم سلامت آنها را کنترل کنند و در صورت بیماری و نیاز به کمک به مراقبان هشدار دهد.

اکنون محققان به دنبال عالی‌ترین هدف یعنی “شبیه‌سازی مغز” می‌باشند. نوروتوین یک پروژه با بودجه اتحادیه اروپا، قصد دارد تا یک مدل کامپیوتری از کل مغز یک بیمار طراحی کند.

تیم Neurotwin  امیدوار است که این مدل بتواند برای پیش بینی اثرات محرک‌ها برای درمان اختلالات عصبی، از جمله صرع و بیماری آلزایمر، استفاده شود. آنها در حال برنامه ریزی یک کارآزمایی بالینی هستند که سال آینده آغاز می‌شود و یک شبیه‌ساز دیجیتالی برای حدود 60 بیمار مبتلا به آلزایمر ایجاد می‌کند که به آنها درمان‌های مرتبط با تحرک مغز، که به‌طور خاص برای مغز آنها بهینه شده است را ارائه می‌دهد. دومین کارآزمایی بالینی که برای سال 2023 برنامه ریزی شده است، همین کار را انجام می‌دهد، اما برای بیماران مبتلا به صرع که نسبت به درمان مقاوم هستند .هر دو کارآزمایی به‌دنبال بررسی موثر بودن این رویکرد هستند و اینکه مشخص شود آیا این رویکرد می‌تواند نتایج درمان را برای این بیماران بهبود بخشد. در صورت موفقیت، این تیم قصد دارد فناوری خود را برای مطالعه سایر جنبه‌های مغز، مانند مواردی که در فلج چندگانه، توانبخشی سکته مغزی، افسردگی و اثرات روان‌گردان‌ها دخیل هستند، گسترش دهند.

برای حدود یک سوم بیماران مبتلا به صرع، داروها اثری ندارند. نشان داده شده که تحریک غیرتهاجمی، که در آن جریان‌های الکتریکی، بدون درد به مغز منتقل می‌شود، به کاهش میزان و شدت تشنج کمک می‌کند. اما این فناوری هنوز کاملاً جدید است و نیاز به اصلاح دارد. اینجاست که یک مغز مجازی می‌تواند مفید واقع شود.

جولیو روفینی، هماهنگ کننده پروژه Neurotwin و مدیر ارشد علمی و یکی از بنیانگذاران Neuroelectrics، یک استارت آپ در حوزه‌ی فناوری سلامت اسپانیایی می‌باشد که در حال توسعه درمان‌های غیرتهاجمی برای اختلالات عصبی مانند صرع است. وی می‌گوید: «آواتار دیجیتال اساساً یک مدل ریاضی برروی کامپیوتر است.»

برای ساختن کپی دیجیتالی برای بیمار مبتلا به صرع، تیم Neurotwin حدود برای جمع آوری داده‌های MRI و حدود 10 دقیقه برای جمع‌آوری داده‌های EGG  نیاز دارد و  با استفاده از آنها یک مدل رایانه‌ای ایجاد می‌کند که فعالیت الکتریکی مغز را ثبت نموده و همچنین به‌طور واقعی بافت‌های اصلی مغز از جمله پوست سر، جمجمه، مایع مغزی نخاع و سلول‌های خاکستری و سفید را شبیه‌سازی می‌کند.

رافینی می‌گوید: «این شبیه‌ساز شامل شبکه‌ای از مدل‌های توده عصبی تعبیه‌شده خواهد بود و این‌ موارد اساساً مدل‌های محاسباتی رفتار میانگین بسیاری از نورون‌های متصل به یکدیگر با استفاده از دیاگرام اتصالات بیمار می‌باشد که می‌توان گفت نقشه‌ای از اتصالات عصبی در مغز هستند.»

در رابطه با صرع، برخی از نواحی اتصال ممکن است بیش از حد تحریک شوند. مثلاً در مورد سکته مغزی، اتصال ممکن است تغییر کند. روفینی اضافه می‌کند: «هنگامی که مدل ساخته شود، تیم می‌تواند از آن برای بهینه‌سازی تحریک مغز بیماران استفاده کند، زیرا می‌توانیم شبیه‌سازی‌های بی‌پایانی را روی رایانه اجرا کنیم تا آنچه را که نیاز داریم به‌دست آوریم. از این نظر می‌توان گفت، این شبیه‌سازی مانند یک مدل محاسباتی پیش‌بینی آب و هوا است.»

به عنوان مثال، برای بهبود، یک بیمار صرعی، هر روز به مدت 20 دقیقه باید از یک سرپوش استفاده کند که تحریکات الکتریکی بین جمجمه‌ای را به مغز او می‌رساند. با استفاده از شبیه‌ساز دیجیتال، روفینی و تیمش توانسته‌اند موقعیت الکترودهای تحریک‌کننده و همچنین قدرت جریان اعمال شده را بهینه‌سازی کنند.

شبیه‌سازی دیجیتالی می‌تواند پرسش‌های اخلاقی‌ای را به‌وجود آورد. برای مثال اگر شبیه‌ساز دیجیتال برای یک بیمار تشخیص دهد که وی در دو هفته آینده دچار حمله قلبی خواهند شد، آیا بیمار حق دارد مطلع شود یا خیر؟ بعد از مرگ بیمار سرنوشت شبیه‌ساز دیجیتالی او چه خواهد شد؟ آیا حقوق قانونی یا اخلاقی خود را حفظ می‌نماید؟

از طرفی دیگر، ماتیاس براون، متخصص علم اخلاق دانشگاه ارلانگن در نورنبرگ آلمان،  در رابطه با موارد اخلاقی استفاده از شبیه‌سازهای دیجیتال در مراقبت‌های بهداشتی نوشته است: «شبیه‌سازهای دیجیتال مسیرهای هیجان‌انگیز و انقلابی را برای توسعه درمان‌های جدید در اختیار ما قرار می‌دهند، اما، از سوی دیگر، چالش‌هایی را برای ما ابجاد می‌کنند. چه کسی نیاز به شبیه‌ساز دیجیتال دارد؟ و یا چه کسی صاحب آن همزاد دیجیتالی است؟ شرکتی که آن را ساخته؟ آیا اجازه دارید که بگویید من نمی‌خواهد اطلاعات خاص یا برهی پیش‌بینی‌های مرتبط با من در اختیار شرکت‌ بیمه سلامتم قرار گیرد؟ یا از استفاده آن در برخی موارد دیگر جلوگیری کنید؟»

برای اینکه نقضی در استقلال یا حریم خصوصی نباشد، مهم است که اشخاص کنترل استفاده همزادهای دیجیتال خود را داشته باشند. از دست دادن این کنترل منجر به چیزی می‌شود که براون آن را “بردگی دیجیتال” می‌نامد.

به‌گفتهٔ آنا مایکز، مدیر عامل شرکت Neuroelectrics، این شرکت در حال حاضر با این موضوع دست و پنجه نرم می‌کند که چه اتفاقی برای داده‌های بسیار شخصی که یک شبیه‌ساز دیجیتال بر اساس آن ساخته می‌شود، می‌افتد. وقتی این نوع شخصی‌سازی‌ها را انجام می‌دهید، باید سؤالات سختی بپرسید، مانند اینکه چه کسی صاحب این داده‌ها می‌شود؟ و از آن‌ها چه استفاده‌ای خواهد کرد؟ در این پروژه از محققانی از جمله مانوئل گوئررو، متخصص اخلاق اعصاب در دانشگاه اوپسالا مستقر در سوئد برای تشریح مولفه‌های اخلاقی و فلسفی دعوت به عمل آمده است. برای Neurotwin، پروژه‌ای خارج از اروپا، داده‌های جمع آوری شده برطبق مقررات حفاظت از داده‌های عمومی اتحادیه اروپا (GDPR) مورد استفاده و حفاظت قرار می‌گیرد. گوئررو می‌گوید: «این بدان معناست که هرگونه استفاده از داده‌ها مستلزم رضایت مالک آن خواهد بود.»

گوئررو و تیمش همچنین در حال بررسی این موضوع هستند که آیا اصطلاح “همزاد دیجیتال” که برای اولین بار برای تولید ابداع شد، هنوز هم مناسب‌ترین اصطلاح برای شبیه‌سازی کردن چیزی به پیچیدگی و پویایی مغز یا قلب زنده می‌باشد یا خیر. آیا استفاده از آن می‌تواند منجر به سؤتفاهم یا افزایش انتظارات در جامعه شود؟

وی در ادامه می‌گوید: «مغز داری پیچیدگی بسیار گسترده‌ای نسبت به دیگر اجزایی می‌باشد که برای آن‌ها از شبیه‌سازی دیجیتالی استفاده شده است از این رو شبیه‌سازی کردن دیجیتالی مغز چیزی است که در جامعه عصب‌شناسی هنوز مورد بحث است، مغز بسیار پیچیده تر از مدل سازی قلب یا کلیه است از نظر اخلاقی نیز یک موضوع پیچیده می‌باشد.»

روفینی می‌گوید: «ما در حال ایجاد مدل‌های محاسباتی نسبتاً پیچیده‌ای از مغز هستیم. من فکر می‌کنم در مرحله‌ای مبهم خواهد شد که این شبیه‌ساز دیجیتال تا چه حد می‌توانید یک شبیه‌ساز دیجیتالی باشد یا تبدیل به یک موجود حساس می‌شود؟»

بروان می‌گوید: «اکنون وقت آن رسیده که به سوالات چالش‌ برانگیز بپردازیم، زیرا از نظر من، اینها چالش‌های واقعاً مهمی هستند که اکنون باید با آن‌ها روبرو شویم. همچنین او در ادامه می‌افزاید که ما آگاه هستیم که اگر فقط بگویم یک فناوری را توسعه داده‌ایم چه خطرات و پیامدهای اخلاقی را انکار کرده‌ایم و این نوعی هشدار تلقی می‌شود.»

در مقابل تیم Neurotwin نظرش این است که اگر تولید این شبیه‌سازهای دیجیتالی به‌درستی صورت بگیرد، می‌تواند به‌طور چشمگیری هم نتایج بیماران و هم آنچه را که ما در مورد اختلالات مغزی می‌دانیم، بهبود بخشد. مایکوس می‌گوید ما در تلاش هستیم تا واقعاً به افرادی که از بیماری‌های مغزی رنج می‌برند از دیدگاهی کاملاً متفاوت کمک کنیم. ما علاقه‌مندیم تا شبیه‌سازی دیجیتالی را در دستهٔ درمانی جدیدی قرار دهیم، جایی که شما به معنی واقعی کلمه از قدرت فیزیک و ریاضی برای رمزگشایی مغز استفاده می‌کنید.

منبع: وایرد

مطالب مشابه