پژوهشگران در آزمایشی کمسابقه موفق شدند با ارسال دستور از شهر شیکاگو در ایالات متحده، یک ایمپلنت مغزی بیسیم را در شهر دائجون کره جنوبی فعال کنند. فاصله میان این دو نقطه ۱۰ هزار و ۵۹۶ کیلومتر است و این سیگنال از طریق اینترنت به کامپیوتر مستقر در آزمایشگاه کره جنوبی فرستاده شد تا درنهایت به صورت بیسیم به ایمپلنت برسد. کل این فرایند و پاسخدهی سیستم بهطور میانگین تنها ۱۰۹ میلیثانیه زمان برده و این آزمایش یک نمایش مهندسی مهم محسوب میشود که کارکرد ابزار را از کشوری دیگر به اثبات رسانده است.
کنترل آزمایشها از فواصل دور میتواند مزیتهای کاربردی متعددی در پژوهشهای حوزه علوم اعصاب داشته باشد. هنگامی که محققان وارد محیط آزمایش میشوند یا برای دستکاری تجهیزات به حیوان نزدیک میشوند، حضور فیزیکی آنها ممکن است رفتار جانور را دچار تغییر کند. فعالسازی تجهیزات از راه دور این تداخل را کاهش میدهد و این امکان را فراهم میسازد تا دانشمندان از نقاط مختلف جهان بدون جابهجایی در آزمایشهای مشترک مشارکت داشته باشند.
این سیستم که RAPIDO نامگذاری شده، حاصل همکاری پژوهشگران مؤسسه علوم و فناوری پیشرفته کره (KAIST) و دانشگاه یانسِی است. یافتههای این توسعه در ژورنال Science Advances منتشر شده است.
ابعاد این دستگاه به اندازهای ظریف و کوچک است که یک موش آزمایشگاهی میتواند هنگام حرکت آزادانه آن را با خود حمل کند. RAPIDO میتواند دو عملکرد متفاوت را در مغز انجام دهد: تزریق ماده از طریق یک کانال بسیار باریک و انتشار نور به کمک یک دیود LED مینیاتوری.
پژوهشگران میتوانند این کارکردها را بهشکل مستقل کنترل یا از قبل برنامهریزی کنند. برخلاف ایمپلنتهای قبلی، این دستگاه از کارتریج قابل شارژ مجدد بهره میبرد و دوزهای دارویی و تحریک نوری را طبق برنامه مشخص از طریق اینترنت تحویل میدهد.
کاربرد سیستم RAPIDO در دستکاری مسیرهای عصبی مغز
تیم تحقیقاتی پس از ارزیابی موفق اتصال اینترنتی، قابلیتهای دوگانه سیستم را در آزمایشهایی جداگانه روی موشها بررسی کردند. در بخش نخست، عملکرد تحویل دارو مورد سنجش قرار گرفت. این ایمپلنت دوزهای متفاوتی از کوکائین را به صورت مستقیم وارد «هسته اکومبنس» موشها کرد؛ بخشی از مغز که نقش مهمی در رفتارهای مرتبط با پاداش دارد.
تزریق این ماده تغییرات مشخصی در الگوی حرکتی موشها ایجاد کرد و این اثرات در هفتههای دوم، سوم و چهارم پس از جراحی نیز مجدداً تکرار شدند. این بخش اثبات کرد که دستگاه توانایی تزریق دوزهای مکرر و کنترلشده در بازههای زمانی چند هفتهای را دارد، هرچند برای درمان اعتیاد آزمایش نشده است.
در آزمایش دوم، محققان اثر نورتابی بر یادگیری و ترجیح رفتاری موشها را ارزیابی کردند. در این مرحله از روش اپتوژنتیک (Optogenetics) استفاده شده که طی آن سلولهای عصبی دستکاریشده ژنتیکی در مواجهه با طول موج مشخصی از نور واکنش نشان میدهند.
برای ایزولهسازی تأثیر نور، ماده کوکائین این بار بهجای ایمپلنت به شکم موشها تزریق شده است. موشهایی که تنها دارو را بدون دریافت نور دریافت کردند، بعداً محیط مرتبط با مصرف ماده را ترجیح میدادند. در مقابل، موشهایی که نور ایمپلنت باعث فعالسازی مسیر سیگنالدهی RhoA در آنها شده بود، چنین تمایلی به آن محیط نشان ندادند.
این آزمایشها نشان میدهند این پلتفرم قابلیت بررسی پیوندهای علی میان دستکاریهای عصبی خاص و رفتارها را دارد. البته محققان میگویند کاهش تمایل موشها به محیط مصرف دارو، هنوز با درمان قطعی اعتیاد فاصله زیادی دارد.
به گفته پژوهشگران، بزرگترین چالش پیش رو اثبات ایمنی و پایداری بلندمدت این دستگاه در مغز انسان است. استفاده بالینی از چنین ایمپلنتی به آزمونهای بیشتر در زمینه زیستسازگاری، بستهبندی، مدیریت توزیع دارو و سازوکارهای کنترل خطا نیاز دارد. علاوهبراین، انتقال بیخطر ژنهای حساس به نور برای اپتوژنتیک نیز دشواری دیگری محسوب میشود؛ بنابراین RAPIDO در مقطع کنونی بیشتر یک پلتفرم پژوهشی پیشرفته برای ارزیابی راهکارهای درمانی آینده به شمار میرود.
