ทีมวิจัยระดับนานาชาติประสบความสำเร็จในการฟื้นฟูการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อในรูปแบบของหนูที่เป็นอัมพาตผ่านเส้นประสาทเทียมแบบออร์แกนิก ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารนานาชาติชื่อ ‘ Nature Biomedical Engineering ‘ เมื่อวันที่ 08/59
เส้นประสาทซึ่งจำเป็นต่อกิจกรรมในชีวิตและมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณภาพชีวิต ถูกทำลายได้ง่ายจากสาเหตุต่างๆ เช่น การบาดเจ็บทางร่างกาย สาเหตุทางพันธุกรรม ภาวะแทรกซ้อนทุติยภูมิ และอายุมากขึ้น นอกจากนี้ เมื่อเส้นประสาทได้รับความเสียหายแล้ว จะสร้างใหม่ได้ยาก การทำงานของร่างกายบางส่วนหรือทั้งหมดจะสูญเสียไปอย่างถาวรเนื่องจากสัญญาณชีวภาพที่ไม่ดี สื่อบางครั้งเล่าเรื่องราวอันเจ็บปวดของอาการบาดเจ็บไขสันหลังของคนดัง ความท้าทายทางการแพทย์เกี่ยวกับความเสียหายของเส้นประสาทซึ่งเคยเกิดขึ้นกับมนุษยชาติ ยังคงเป็นความท้าทายทางวิทยาศาสตร์ แม้ว่าจะมีการพัฒนายาและชีววิทยาที่รุนแรง และดูเหมือนว่าจะไม่มีเงื่อนงำที่ใหญ่โตในอนาคต มีความพยายามหลายอย่างในการรักษาเส้นประสาทที่เสียหาย รวมถึงวิธีการผ่าตัดและการใช้ยา
ในบรรดาวิธีการต่างๆ สำหรับการฟื้นฟูในผู้ป่วยที่มีความเสียหายทางระบบประสาทนั้น Functional Electrical Stimulation (FES) ซึ่งปัจจุบันใช้อย่างแข็งขันในการปฏิบัติทางคลินิกนั้นใช้สัญญาณที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ ด้วยเหตุนี้ การกระตุ้นด้วยไฟฟ้าจึงถูกนำไปใช้กับกล้ามเนื้อที่ไม่สามารถควบคุมได้เองตามอำเภอใจในคนไข้ที่เป็นโรคระบบประสาทจนทำให้เกิดการหดตัวของกล้ามเนื้อ ส่งผลให้มีการเคลื่อนไหวที่เป็นประโยชน์ตามหน้าที่ในร่างกายทางชีววิทยา แม้ว่าจะอยู่ในพื้นที่เฉพาะก็ตาม อย่างไรก็ตาม วิธีการแบบธรรมดาเหล่านั้นมีข้อจำกัดที่ผู้ป่วยไม่เหมาะสำหรับการใช้งานในระยะยาวในชีวิตประจำวัน เนื่องจากเกี่ยวข้องกับวงจรดิจิทัลที่ซับซ้อนและคอมพิวเตอร์สำหรับการประมวลผลสัญญาณเพื่อกระตุ้นกล้ามเนื้อ ใช้พลังงานเป็นจำนวนมาก และไม่สามารถเข้ากันได้ทางชีวภาพในกระบวนการนี้
เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมวิจัยนำโดย Prof. Tae-Woo Lee (Department of Materials Science and Engineering, Seoul National University, Republic of Korea) และ Prof. Zhenan Bao (Department of Chemical Engineering, Stanford University, US) ประสบความสำเร็จในการควบคุมการเคลื่อนไหวของขาของหนูด้วยเส้นประสาทเทียมเท่านั้น โดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์ภายนอกที่ซับซ้อนและเทอะทะ โดยใช้อุปกรณ์ neurormorphic นาโนไวร์ออร์แกนิกที่ยืดได้และใช้พลังงานต่ำ ซึ่งจำลองโครงสร้างและหน้าที่ของเส้นใยประสาทชีวภาพ เส้นประสาทเทียมที่ยืดหยุ่นได้ประกอบด้วยเซ็นเซอร์วัดความเครียดที่จำลองโพรไบโอเซ็ปเตอร์ซึ่งตรวจจับการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ ไซแนปส์เทียมแบบออร์แกนิกที่จำลองไซแนปส์ทางชีววิทยา และอิเล็กโทรดไฮโดรเจลสำหรับส่งสัญญาณไปยังกล้ามเนื้อขา
นักวิจัยได้ปรับการเคลื่อนไหวของขาเมาส์และแรงหดตัวของกล้ามเนื้อตามความถี่ในการยิงของศักยภาพการกระทำที่ส่งไปยังไซแนปส์เทียมด้วยหลักการคล้ายกับเส้นประสาทชีวภาพ และไซแนปส์เทียมดำเนินไปอย่างนุ่มนวลและเป็นธรรมชาติมากขึ้น การเคลื่อนไหวของขามากกว่า FES ปกติ
นอกจากนี้ Proprioceptor เทียมยังตรวจจับการเคลื่อนไหวของขาของเมาส์และให้การตอบสนองตามเวลาจริงกับไซแนปส์เทียมเพื่อป้องกันความเสียหายของกล้ามเนื้อเนื่องจากการเคลื่อนไหวของขามากเกินไป
นักวิจัยประสบความสำเร็จในการใช้เมาส์ที่เป็นอัมพาตในการเตะบอลหรือเดินและวิ่งบนลู่วิ่ง นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังได้แสดงให้เห็นถึงความเกี่ยวข้องของเส้นประสาทเทียมในอนาคตสำหรับการเคลื่อนไหวโดยสมัครใจ โดยการสุ่มตัวอย่างสัญญาณที่บันทึกไว้ล่วงหน้าจากเยื่อหุ้มสมองสั่งการของสัตว์ที่เคลื่อนไหวและขยับขาของหนูผ่านประสาทเทียม
นักวิจัยค้นพบความเป็นไปได้ในการประยุกต์ใช้ใหม่ในด้านเทคโนโลยี neuromorphic ซึ่งดึงดูดความสนใจในฐานะอุปกรณ์คอมพิวเตอร์รุ่นต่อไปโดยเลียนแบบพฤติกรรมของโครงข่ายประสาทเทียมทางชีววิทยา นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าสนาม neuromorphic ไม่เพียงแต่จะใช้ในการคำนวณเท่านั้น แต่ยังใช้ในสาขาต่างๆ เช่น วิศวกรรมชีวการแพทย์และเทคโนโลยีชีวภาพ
ศ.แต-วู ลี กล่าวว่า “ความเสียหายของเส้นประสาทยังถือเป็นความท้าทายทางวิทยาศาสตร์ครั้งใหญ่ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน แม้จะมีความก้าวหน้าทางยาอย่างน่าทึ่ง และหากไม่มีการพัฒนาครั้งใหม่ ก็จะยังคงเป็นปัญหาที่ยากต่อการแก้ไขใน อนาคต. งานวิจัยชิ้นนี้เป็นความก้าวหน้าครั้งใหม่ในการเอาชนะความเสียหายของเส้นประสาทในทางวิศวกรรมโดยใช้เทคโนโลยี neuromorphic ไม่ใช่ในทางชีวการแพทย์” ซึ่งแสดงถึงความสำคัญของการศึกษา เขายังกล่าวเสริมว่า “แนวทางวิศวกรรมในการเอาชนะความเสียหายของเส้นประสาทจะเป็นการเปิดเส้นทางใหม่ในการพัฒนาคุณภาพชีวิตสำหรับผู้ที่ทุกข์ทรมานจากโรคและความผิดปกติที่เกี่ยวข้อง”
ศาสตราจารย์ Zhenan Bao ตั้งข้อสังเกตถึงศักยภาพของการศึกษาวิจัยนี้ว่า “ด้วยการพัฒนาเส้นประสาทเทียมแบบยืดได้สำหรับผู้ป่วยที่ได้รับความเสียหายจากเส้นประสาท ทำให้เป็นรากฐานที่สำคัญสำหรับอวัยวะเทียมที่สวมใส่ได้ซึ่งเป็นมิตรกับผู้ป่วยและใช้งานได้จริงมากขึ้น ปัจจัย.” ด้วยเหตุนี้ เธอจึงเพิ่มความคาดหวังว่า “เทคโนโลยีต้นทางของเส้นประสาทเทียมแบบยืดได้อาจถูกนำไปใช้กับเทคโนโลยีสวมใส่ทางการแพทย์ต่างๆ ได้”
ในอนาคต ทีมวิจัยแสดงความเต็มใจที่จะดำเนินการศึกษาทางคลินิกอย่างต่อเนื่องนอกเหนือจากไพรเมตและสัตว์ฟันแทะ เช่น หนู ด้วยวิธีนี้ ดูเหมือนว่าเป็นไปได้ที่จะนำเสนอวิธีแก้ปัญหาและกลยุทธ์ใหม่ๆ สำหรับความเสียหายของเส้นประสาทในมนุษย์ เช่น การบาดเจ็บที่ไขสันหลัง ความเสียหายของเส้นประสาทส่วนปลาย และความเสียหายทางระบบประสาท เช่น โรคลูเกห์ริก โรคพาร์กินสัน และโรคฮันติงตัน
