تکنیک های نرم افزاری کاهش درد

آیا می دانید مکانیسم احساس درد در هر نقطه از بدنتان چگونه شکل می گیرد؛ درد واقعیتی است که در مغزتان احساس می کنید. در واقع پایانه های عصبی که در تمام نقاط بدن پراکنده هستند

کد خبر: ۱۳۴۱۴۸

، در زمان تحریک ، علامت مشخصی را به گردن و سپس مغز می فرستند و در بخشی از مغز، معانی مشخصی برای تحلیل درد که همان احساس درد هستند، ارائه می شود.
از سوی دیگر، برخی محققان معتقدند که اگر هر پدیده ای را بتوان به صورت ریاضی بیان کرد، می توان بر آن اشراف بهتری یافت و بر این اساس ، مدلی از درد ارائه می کنند که در واقع به بیان بهتری از درد و درمان آن منجر می شود. با چنین انگیزه ای ، یکی از دانش آموختگان دانشگاه امیرکبیر نرم افزاری را طراحی کرده است که با شناسایی گیرنده های موجود بر ستون فقرات به شناسایی درد و ارائه راهکارهایی برای کاهش آن کمک می کند. گفتگوی ما را با مهندس آیدین فرجی بخوانید.

اصولا یک نرم افزار چگونه و بر اساس چه مکانیسمی به بیان درد می پردازد؛
هر نرم افزار از تعدادی ورودی و خروجی تشکیل شده است. نرم افزار بر اساس پردازشی که روی ورودی ها انجام می دهد، یکسری خروجی می دهد. کارکردن در محیط نرم افزاری علاوه بر این که بسیار راحت تر از کار در آزمایشگاه است ، نکات مثبت دیگری نیز دارد. از آن جمله این که شما می توانید تمام پارامترها را براحتی تغییر دهید و پاسخ آن را در فاصله کوتاهی ببینید. البته بدون شک نتایج آزمایشگاهی دقیق برای نرم افزارهای بهتر ضروری است و هرچه این آزمایش های عملی کامل تر باشند مدل ارائه شده نیز قدرت مانور بهتری پیدا می کند. به نظر من ، هر پدیده ای را که بتوان به صورت ریاضی (مهندسی) بیان کرد، می توان بر آن اشراف بهتری پیدا کرد. مدل درد نیز در حقیقت یک بیان ریاضی از این پدیده است و می تواند به بیان بهتری از درد و درمان آن با دید بازتر منجر شود.

بیان درد خود به چند دسته تقسیم می شود؛
اصولا درد در انسان به 2 دسته کلی دردهای حاد و مزمن تقسیم می شود. درد حاد احساسی سریع و سوزناک است و درد مزمن احساس کند و آزاردهنده ای از درد است که معمولا بیش از چند دقیقه هم ممکن است طول بکشد. مثلا اگر ضربه یک چکش روی انگشت را در نظر بگیرید، احساس اولیه ای که باعث کشیدن انگشت از زیر چکش می شود درد حاد و احساس ناخوشایند پس از آن نیز درد مزمن نامیده می شود. البته دردهای مزمن خود به چند دسته تقسیم می شوند که تمرکز ما در این طرح بیشتر روی دردهایی است که منشائ افزایش آن در نخاع است.

منظور از تئوری دریچه ای چیست؛ این تئوری بر اساس چه مدلهایی شکل می گیرد؛
این تئوری که اصلی ترین تئوری درباره نحوه به وجود آمدن درد است در سال 1965 از سوی ملزاک و وال ارائه شد. فعالیت این دو دانشمند در این زمینه باعث شد برنده جایزه نوبل هم بشوند. این تئوری فیبرهای آورانی را که در پدیده درد دخالت دارند به 2 نوع فیبر ضخیم و نازک تقسیم می کنند. فیبرهای نازک که خود بر 2 دسته اند، ایجادکننده درد و فیبرهای ضخیم کاهش دهنده درد هستند. این تئوری بیان می کند که این فیبرها در مسیر خود در نخاع تشکیل یک سیستم دریچه مانند می دهند. اگر در این سیستم فیبرهای نازک فعال شوند، دریچه باز می شود و درد در مغز احساس می شود، اما اگر فیبرهای ضخیم که در حقیقت همان فیبرهای مالشی هستند فعال شوند، دریچه بسته می شود و درد کمتر احساس می شود. این تئوری بر اساس مشاهدات فیزیولوژیک در آزمایشگاه به وجود آمده است.

آیا مدلهای ارائه شده می تواند به تفسیر عینی و فیزیولوژیک از درد بپردازد؛
ما 2 مدل برای بررسی درد ارائه کرده ایم که هر دوی این مدلها بر اساس واقعیت های فیزیولوژیک درد به وجود آمده اند. به این معنی که هر قسمت و هر فرمولی از مدلها را می توان با یک بخش یا پدیده فیزیولوژیک منطبق دانست. البته در پدیده درد مساله شناخت نیز بسیار حائز اهمیت است . شناخت باعث می شود تفسیر درد برای هر شخص مختص به او باشد. مدل ارائه شده به مساله شناخت در مغز نمی پردازد و درد را در سطوح پایین تر اعصاب (نخاع) بررسی می کند.

درباره طرح ارائه شده از سوی خود بگویید؛ این نرم افزار چگونه و بر چه اساس به ارائه راهکاری برای کاهش دردهای نخاعی کمک می کند؛
کاری را که من و اساتید راهنما انجام داده ایم ، در حقیقت مدلسازی اتفاقاتی است که هنگام به وجود آمدن درد در نخاع می افتد. ما 2 مدل برای پدیده درد ارائه کرده ایم که یکی بر اساس بلوک دیاگرام های کنترلی و دیگری بر اساس شبکه های عصبی بنا شده است. مدل کنترلی از آنجایی که بر اساس هر دو پدیده پس خور (فیدبک) و پیش خور (فیدفوروارد) به وجود آمده است ، نام مدل سایبرنتیکی بر آن گذاشته ایم.

از علم سایبرنتیک چه می دانید؛

سایبرنتیک از جمله علومی است که در قرن بیستم پدید آمد و با رشد سریع خود توانست به علوم دیگر راه یابد. موضوع اصلی سایبرنتیک بررسی ماهیت کنترل در انسان ، حیوان و ماشین است و لذا بازیست شناسی ، روانشناسی ، مکانیک ، مهندسی ، مدیریت و بسیاری علوم دیگر همبستگی دارد.
سایبرنتیک توانسته به عنوان دانشی مستقل و درعین حال بین رشته ای مطرح شود. در این علم به طبقه بندی و سازماندهی اطلاعات توجه زیادی می شود و از این رو در مدیریت اطلاعات و نیز در طراحی نظامهای اطلاع رسانی از اهمیت ویژه ای برخوردار است .سایبرنتیک در حقیقت نوعی کنترل است ، با این تفاوت که بسیار بیشتر از روشهای کنترل معمول به روح سیستمی بودن اهمیت می دهد. به همین منظور تمامی کنترل های سایبرنتیکی هم از حلقه های فیدبکی (پس خور) و هم از حلقه های فیدفورواردی (پیش خور) بهره می برد. دقیقا در انسان نیز همین اتفاق می افتد. هنگامی که توپی به سمت شما پرتاب می شود، شما برای گرفتن توپ ابتدا پیش بینی (حلقه پیش خور) راجع به مکان ، سرعت ، قدرت و وزن و... توپ می کنید و سپس هنگامی که توپ را دریافت می کنید خود را به سرعت با مشخصات واقعی توپ سازگار می کنید (حلقه پس خور). تمامی کنترل ها در طبیعت و انسان به نحوی از این روند بهره می برند

مدل سایبرنتیکی ، درد را در سطح ملکولی بررسی می کنند و به این صورت طراحی شده است که بر اساس برخی دادگان تجربی (هم ورودی و هم خروجی) برای کارکرد هر کدام از کانال ها و گیرنده های روی شاخ خلفی نخاع یک بلوک کنترلی درجه یک در نظر گرفته ایم. در صورتی که ورودی یا همان فیبرهای آوران درد، تحریک شوند، کانال ها و گیرنده های دخیل در درد نیز تحریک می شوند و درد بوجود می آید.
مدل دومی که ارائه کرده ایم ، بر اساس شبکه های عصبی است و درد را از دیدگاه سلولی و شبکه ای بررسی می کند. البته قبلا نیز مدلهایی برای درد بر اساس شبکه های عصبی ارائه شده است ، که همگی فقط به بررسی درد حاد می پردازند. در مدل شبکه عصبی ارائه شده ، ما توانستیم با در نظر گرفتن این نکته که سیناپس ها (اتصالات عصبی) در هنگام ایجاد درد مزمن تقویت می شوند و نوعی پویایی دارند، درد مزمن را نیز علاوه بر درد حاد مدل کنیم . این شبکه عصبی علاوه بر کاربردی که در حال حاضر برای مدل سازی درد دارد، به دلیل این که از نظر ساختاری نیز مدلی کاملا منحصر به فرد است (بهره گیری از سیناپس ها و نورون های پویا) می تواند در مدل سازی بخشهای دیگری از سیستم عصبی نظیر هیپوکمپوس نیز به کار رود.

در مدل ارائه شده برای کاهش درد از چه راهکاری استفاده می شود؛
به دلیل این که هر کدام از مدلها در 2 سطح مختلف به بررسی درد می پردازند، هر کدام نیز راهکار متفاوتی برای کاهش درد ارائه می کنند. مدل سایبرنتیکی با شناسایی کانال ها و گیرنده هایی که روی شاخ خلفی نخاع قرار دارند و میزان سهم هر کدام در ایجاد درد، استفاده از داروهایی را تجویز می کند که در کم کردن درد موثر هستند. حتی می توان با استفاده از این روش دوز هر کدام از داروها و نحوه تاثیر آنها را نیز بررسی کرد که البته به تحقیقات بیشتر آزمایشگاهی و ارتباط قوی تر مهندسی و پزشکی نیاز دارد.
از آنجا که مدل شبکه عصبی مستقیما با خود اعصاب درگیر است ، برای کاهش درد چند تکنیک جدید با استفاده از تحریک های الکتریکی ارائه شده است. تاکید این تحریکات بر اساس زمان بندی های خاصی است که نرم افزار تعیین می کند و این تحریک هم به نخاع و هم فیبرهای آوران درد اعمال می شود.

آیا این طرح اجرایی شده است؛ و کاربرد آن نیاز به مهارت خاصی دارد؛
از آنجا که درد روی انسان بررسی می شود، اجرایی کردن آن مستلزم تحقیقات زیاد و زمانبر در آزمایشگاه و بیمارستان است. هر چه دادگان ما از بیماران کامل تر و بیشتر باشد، نرم افزار و مدل ارائه شده دقیق تر می تواند کار کند.
البته انجام هر کاری حتی تایپ کردن نیز به مهارت خاصی نیاز دارد. این نرم افزار در حال حاضر در محیط برنامه MATLAB طراحی شده است و در مراحل اولیه خود به سر می برد، برای آن که بتوان از این نرم افزار به صورت گسترده استفاده کرد، باید با تغییرات کوچکی کاربرد آن را به صورت راحت تری (user friendly) درآورد.