آینده درمان با همکاری ماشین و انسان

تلفیق انسان و ماشین در ابعاد و اشکال گوناگون آن جدا از چشم‌انداز فریبنده و هیجان انگیزش که اغلب الهام‌بخش خط اصلی روایت داستان‌های علمی ـ‌ تخیلی و سوژه تمام نشدنی ساخت و پرداخت شخصیت اول و ابرقهرمان سناریوی فیلم‌هایی از این دست را رقم زده است، بتدریج در حال واقعیت بخشی و ورود به مرزهای دانش جهان واقعی و ملموس ماست؛ البته هر چند شمای کلی تلفیق انسان ـ ماشین تاکنون خود را حداکثر در هیات ادوات و تجهیزات هوش مصنوعی از قرنیه‌های تلسکوپی و شبکیه مصنوعی گرفته تا ایمپلنت‌های استخوانی و اعضای پلیمری عضلانی نشان داده و ساخت و پرداخت اعضای مصنوعی و پروتزهای کمکی یا اندام‌واره‌های بیونیک آخرین مرزهای تردستی دانش در حوزه‌های مختلف و از جمله دانش سایبرنتیک به شمار می‌رود، اما در حقیقت ساخت اجزایی که به معنای واقعی کلمه بتوان آن را بخشی انسان و بخشی ماشین به حساب آورد و صد البته کارکرد پذیر و قابل جاسازی در مورفولوژی و ریخت‌شناسی پیکره انسان باشد، هنوز در حال تجربه آن با چشم‌انداز آینده‌نگرانه است.

کد خبر: ۳۵۸۶۵۸

در این میان یکی از حوزه‌های بالقوه‌ای که میدان آزمون و خطای دانشمندان برای این هدف بزرگ واقع شده و سیگنال‌های محسوس‌تری برای واقعیت‌بخشی به ارائه فرم‌هایی از تلفیق انسان ـ ماشین را وعده می‌دهد قلمروی نوید بخش نانو فناوری است.

صحبت از دست و پنجه نرم کردن دانشمندان در حوزه الکترونیک و زیست‌شناسی با طعم نانو‌فناوری و تعمیم آن به ساختار ماشینی انسانی است؛ جایی که دانشمندان قصد دارند با جای‌گذاری ترانزیستوری در مقیاس نانو درون غشایی سلول مانند پیوندی صمیمانه‌تر از هر زمان ممکن را بین انسان‌ و ماشین‌ رقم بزنند؛ پژوهشی که می‌توان در نوع خود به فصل مشترک‌ نوینی از آدم ـ ماشین بینجامد.

بر اساس یافته‌های جدیدی که طی مقاله‌ای در نشریه تخصصی نانوی آکادمی ملی علوم آمریکا منعکس شده است، دانشمندان با طراحی و جای‌گذاری ترانزیستوری در قطع نانو در داخل غشایی زیستی و سلولی شکل، قصد دارند زمینه توان‌یابی ادوات الکترونیکی را با بهره‌گیری از سوخت و در واقع خوراک انرژی خود آن سلول فراهم کنند و به این ترتیب مقدمه پیوند هر چه نزدیک‌تر انسان و ماشین را که تاکنون تصور می‌شده، فراهم کنند. این تحقیق می‌تواند منجر به انواع جدیدی از فصل مشترک‌های انسانی ـ ماشینی شود که طی آن ادوات و تجهیزات تعبیه شده در واحدهای زیستی قادرند همچون ایستگاه رله، به تقویت و بازپخش اطلاعات در فضاهای کاری درونی پروتئین‌های مرتبط با بیماری‌ها در غشای سلولی بپردازند. این یافته‌ها می‌توانند به کشف راه‌های جدیدی برای خوانش ـ و حتی تحت تاثیر قرار دادن ـ مغز یا سلول‌های عصبی بینجامند.

الکساندر نوی، دانشمند دانشگاه کالیفرنیا و سرپرست این پژوهش، توصیف جالبی برای این وسیله فناورانه ارائه می‌کند و معتقد است این دستگاه تعریف واقعی و دقیق پیوند یکپارچه و بدون درز ساختارهای زیست‌شناختی و الکترونیکی است که تا پیش از این کسی و به هیچ شکلی تجربه نکرده است. در حقیقت ما می توانیم پروتئین‌ها یا همان ماشین‌های زیستی واقعی را برداشته و آنها را به بخشی از محیط کاری یک مدار میکرو الکترونیکی تبدیل کنیم.

اما برای ایجاد چنین مدار قابل کاشتی، دانشمندان کار را با یک ترانزیستور ساده آغاز کرده‌اند؛ یعنی همان وسیله الکترونیکی که تقریبا قلب هر تلفن همراه و رایانه‌ای روی زمین به حساب می‌آید. اما به جای استفاده از سیلیکون که معمولی‌‌ترین ماده مورد استفاده در ساخت ترانزیستورهاست، دانشمندان از نسل بعدی مواد پر کاربرد روی زمین ـ نانو لوله‌های کربنی ـ بهره جسته‌اند، یعنی همان مواد بسیار خرد پوشالی شکل ساخته شده از یک لایه خمیده منفرد از اتم‌های کربن با آرایشی همانند شبکه‌های یک توپ فوتبال که بتدریج به جایگزین پر و پیمان سایر مصالح بنیانی در ساختارهای مختلف بدل می‌شود.

دانشمندان در مرحله بعدی این ترانزیستور نانو لوله‌ای کربنی را با یک لیپید دولایه‌ای اندود کرده‌اند که اساسا دیواره دوگانه‌ای از مولکول‌های چربی است که سلول‌ها برای جداسازی درونشان از محیط بیرون استفاده می‌کنند. با این انتخاب، دانشمندان از یک غشای سلول واقعی استفاده نکرده‌اند. اما نکته جالب ماشین الکترونیکی زیستی از این مرحله به بعد است که دانشمندان به ساختار سلولی پایه یک پمپ یونی اضافه می کنند. این پمپ یونی یک وسیله زیستی است که اتم‌های باردار کلسیم، پتاسیم و دیگر عناصر را به داخل و خارج سلول مورد نظر پمپاژ می کند. افزودن محلولی از ATP (آدنوزین تری فسفات) که وظیفه سوخت رسانی به این پمپ یونی را به عهده دارد، فاز بعدی راه‌اندازی ترانزیستور زیستی است. کار پمپ یونی تغییر دادن بار الکتریکی درون سلول است که به نوبه خود بار الکتریکی گذرنده از میان ترانزیستور را تغییر می‌دهد و دانشمندان می‌توانند آن را اندازه‌گیری و نظارت کنند.

نکته مهم این است که در مدل اولیه چنین دستگاهی، پمپ زیستی کار توانبخشی به ترانزیستور مصنوعی را انجام می‌دهد؛ اما دستگاه‌های آینده می‌توانند کاملا بعکس کار کنند، یعنی در مدل‌های آینده ترانزیستورهای زیستی یا انسانی یک جریان الکتریکی خارجی می‌تواند پمپ را به کار انداخته و نحوه پمپاژ سریع یون‌ها به داخل و خارج یک سلول را عوض کند. به اعتقاد دانشمندان، تحقق چنین مکانیسمی در آینده می‌تواند اثرات بالقوه چشمگیر و جالب توجهی در بر داشته باشد. به عنوان مثال، به جای استفاده از داروها برای مسدود کردن و توقف رهاسازی یا جذب داروهای گوناگون یا حتی ناقل‌های عصبی، دانشمندان می‌توانند جریان الکتریسیته تنظیم کننده پمپ یونی را تغییر دهند که به نوبه خود میزان دارو یا مولکول را در داخل یا خارج سلول تغییر خواهد داد.

دستیابی به این سطح از فناوری در حالی است که تا پیش از این نیز گروه‌های دیگری برای آمیزش ماشین و انسان تلاش کرده‌اند، اما هیچ‌کدام به چنین سطحی از پیوند نزدیک و یکپارچه بین یک ساختار زیستی و ماشین دست نیافته‌اند. تاکنون محققان از آنزیم‌هایی استفاده ‌کرده‌اند که قابلیت یکی شدن با غشاها را در ترانزیستورها نداشته‌اند. اما در این مورد جدید، دانشمندان توانسته‌اند آنزیمی را که معمولا در غشاها کار می‌کند به نانو لوله‌های کربنی ارتباط دهند. در واقع این پیوند و اتصال جدید ترانزیستور ـ آنزیم می‌تواند سرانجام به پایش و حتی درمان بیماری‌ها و عوارض مختلف کمک کند.

محققان معتقدند برخی از آشکارترین عوارض پزشکی که فناوری جای‌گذاری ترانزیستوری می‌تواند به مطالعه یا تخفیف شرایط آن کمک زیادی کند، مواد و ترکیبات سمی و زهرها هستند. بسیاری از این ترکیبات شیمیایی باعث شکسته یا سوراخ شدن غشاهای سلولی شده و تراوش و نشت مایع درون سلولی یا همان سیتوپلاسم را به دنبال دارند و اساسا همین ریزش مایع سلولی باعث مرگ سلول می‌شود. از طرفی سایر ترکیبات سمی نیز باعث ایجاد عدم توازن یونی در سلول‌ها شده که به نوبه خود می تواند سبب بروز فلج، سکته و سایر عوارض در بدن شود.

محققان معتقدند چنانچه سلول‌ها بتوانند برای انجام فرآیند پمپاژ یون‌های ضروری به داخل یا خارج سلول تحریک و ترغیب شوند، نقش مؤثری در درمان عارضه‌ای خاص ایفا خواهند کرد. این چشم‌انداز نویدبخش در حالی است که دانشمندان معتقدند در حوزه سلامت و بویژه دانش پزشکی باید جدا از رویکرد صرفا مبتنی بر شناخت و درک مشکلات و بیماری‌ها به موازات آن به دنبال اتخاذ روش‌های نوین درمانی با رویکرد به فناوری‌های مختلف و حتی آینده نگر باشیم. هر چند کاربردهای بالینی شیوه‌های فناورانه‌ای از این دست ممکن است هنوز به سال‌های آینده و دوری برگردد، اما این پژوهش جدید را می‌توان صمیمانه‌ترین و نزدیک‌ترین پیوند بین حیات و ماشین‌ها دانست که تاکنون جامه عمل به خود پوشانده است.