تلاش برای ساخت کپی دیجیتالی از مغز انسان – زومیت

زوج‌های دیجیتال (نمایش دیجیتالی پدیده‌های دنیای واقعی) اکنون در زمینه‌هایی مانند تولید، صنعت و هوافضا به‌عنوان پایه اصلی هستند: نمونه‌های دیجیتالی از شهرها، بنادر و نیروگاه‌ها اکنون در سراسر جهان در دسترس هستند. اصطلاح زوج دیجیتال یا دوقلو دیجیتال برای اولین بار در سال 2010 جان ویکرز محقق ناسا از آن در گزارشی در مورد نقشه راه فناوری آژانس فضایی استفاده کرد. تحلیلگران صنعتی پیش بینی می کنند که ارزش کل بازار جفت های دیجیتال تا سال 2026 به 50 میلیارد دلار خواهد رسید.

پس از سال 2010 و ایده ویکرز، دیری نگذشت که زوج های دیجیتال وارد دنیای زیست شناسی شدند. در سال 2016 بیل رومدیر عامل GE Digital در آن زمان پیش بینی کرد:

وقتی به دنیا می‌آییم، یک دوقلو دیجیتالی خواهیم داشت که داده‌های مختلفی را از حسگرهایی که در بدن ما کار می‌کنند دریافت می‌کند و درباره بیماری‌ها، سرطان و موارد دیگر برای ما پیش‌بینی می‌کند.

یک زوج دیجیتال می تواند درمان های مناسبی را برای بیمار ارائه کند و نحوه پیشرفت بیماری در بدن او را پیش بینی کند. حتی می توان از زوج برای آزمایش درمان های بالقوه به جای آزمایش درمان ها روی خود بیمار استفاده کرد. ما می دانیم که آزمایش درمان های مختلف بر روی یک بیمار همیشه فرآیندی است که می تواند با خطرات مختلفی همراه باشد.

تا به حال، این پروژه ها تا حد زیادی در مراحل اولیه خود بودند. یک برنامه تحقیقاتی به نام پژواک می کند محققانی از اروپا، بریتانیا و ایالات متحده در حال کار بر روی پروژه ای برای ساخت قلب دیجیتال هستند. بهداشت و درمان زیمنس (Siemens Healthineers)، یک شرکت آلمانی تجهیزات پزشکی، قصد دارد همین کار را انجام دهد. سیستم های داسویک شرکت نرم افزاری فرانسوی (سازنده نرم افزار مهندسی محبوب کتیا) به دنبال تایید FDA برای چیزی است که آن را “قلب زنده” می نامد.

شرکت اتریشی گولم زوج های دیجیتالی از افراد آسیب پذیر را ایجاد می کند که به تنهایی زندگی می کنند. ایده پشت کار آنها این است که زوج های دیجیتال به طور مداوم سلامت افراد را زیر نظر دارند و مراقبان و پرستاران را در هنگام بیماری یا نیاز به کمک آگاه می کنند.

اکنون محققان بالاترین هدف ممکن را در این راستا دنبال می کنند: ایجاد یک مغز انسان دوگانه دیجیتال. نوروتویناین یک پروژه با بودجه اتحادیه اروپا است و کارکنان آن می خواهند یک مدل کامپیوتری از کل مغز یک بیمار طراحی کنند.

افراد درگیر در پروژه Neurotin امیدوارند که از مدل دیجیتالی مغز انسان برای پیش بینی اثرات تحریک برای درمان اختلالات عصبی از جمله صرع و بیماری آلزایمر استفاده شود. آنها در حال برنامه ریزی برای شروع یک آزمایش بالینی در سال آینده هستند. در این کارآزمایی بالینی، جفت‌های دیجیتالی متشکل از 60 بیمار آلزایمر ایجاد می‌شوند و هر بیمار درمان تحریک مغزی را که به‌طور خاص برای مغز خودش بهینه شده است، دریافت می‌کند. این هدف محققان در دومین کارآزمایی بالینی برنامه ریزی شده برای سال 2023 است. اما این بار هدف آنها بیماران مبتلا به صرع کانونی مقاوم به درمان خواهند بود. هر دوی این کارآزمایی‌ها به عنوان اثبات مفهومی برای تعیین اینکه آیا رویکرد دوم مؤثر است و احتمالاً نتایج درمانی را برای این بیماران تقویت می‌کند، عمل می‌کنند. در صورت موفقیت، این تیم قصد دارد فناوری خود را برای مطالعه سایر بخش‌های مغز انسان، از جمله ام اس، فرآیندهای توانبخشی سکته مغزی، افسردگی، و اثرات مخرب داروهای روان‌گردان گسترش دهد.

برای حدود یک سوم افراد مبتلا به صرع، داروهای بدون نسخه کمک چندانی نمی کند. ثابت شده است که تحریک الکتریکی غیرتهاجمی، که در آن جریان های الکتریکی بدون درد به مغز منتقل می شود، به کاهش فراوانی و شدت تشنج کمک می کند. با این حال، این فناوری اکنون کاملاً جدید است و نیاز به بهبود بیشتری دارد. در این مرحله یک مغز مجازی یا دیجیتال می تواند به کمک افراد بیاید.

خولیو روفینیهماهنگ کننده و مدیر ارشد علمی پروژه Neurotuin و یکی از بنیانگذاران ابتکار فناوری سلامت اسپانیا نوروالکتریک او معتقد است که آواتار دیجیتال در واقع یک مدل ریاضی است که روی کامپیوتر اجرا می‌شود و درمان‌های غیرتهاجمی برای اختلالات عصبی مانند صرع ایجاد می‌کند. تیم Neurotoin از حدود نیم ساعت MRI و 10 دقیقه داده های EEG (الکتروانسفالوگرافی) برای ایجاد یک جفت دیجیتال برای بیمار مبتلا به صرع استفاده کرد و سپس از آنها برای ایجاد یک مدل کامپیوتری استفاده کرد که فعالیت الکتریکی مغز را ثبت می کند. علاوه بر شبیه سازی بافت اصلی، مغز از پوست سر، جمجمه، مایع مغزی نخاعی و ماده خاکستری و سفید استفاده می کند.

رفینی می گوید که این دو شامل یک مش است. مدل های توده عصبی تعبیه خواهد شد. برای او، اینها اساساً مدل‌های محاسباتی رفتار میانگین بسیاری از نورون‌ها با استفاده از آنچه رافینی تفسیر می‌کند، هستند. برقراری ارتباط بیمار به یاد می آورد که آنها به یکدیگر متصل هستند. این ارتباط در اصل نقشه ای از اتصالات عصبی در مغز است. در مورد صرع، برخی از نواحی مفصل ممکن است بیش از حد تحریک شوند. یا مثلاً در مورد سکته، بافت همبند ممکن است بعد از سکته تغییر کند. روفینی معتقد است که وقتی یک جفت یا کپی خوب از مغز انسان ساخته شود، تیم تحقیقاتی می توانند از آن برای بهینه سازی تحریک واقعی مغز بیمار استفاده کنند:

زیرا می‌توانیم شبیه‌سازی‌های بی‌پایانی را روی کامپیوتر اجرا کنیم تا در نهایت به آنچه نیاز داریم، برسیم. از این نظر، سیستم ما شبیه یک مدل محاسباتی پیش‌بینی آب و هوا است.

به عنوان مثال برای تسریع روند بهبودی بیمار صرعی، فرد هر روز به مدت 20 دقیقه از کلاه ایمنی مخصوص استفاده می کند و این کلاه مخصوص تکانه های الکتریکی را بین جمجمه ها به مغز منتقل می کند. روفینی و تیمش با استفاده از یک جفت دیجیتال توانستند موقعیت الکترودهای تحریک و سطح جریان اعمال شده را بهینه کنند.

چالش های اخلاقی در تکرار مغز انسان

ایجاد یک زوج دیجیتالی برای هر عضوی، تعدادی از سوالات اخلاقی را برای انسان ایجاد می کند. به عنوان مثال، آیا بیمار حق دارد از تمام جزئیات یا برآوردها مطلع باشد؟ به عنوان مثال، اگر جفت اندام دیجیتالی در بدن او پیش‌بینی می‌کردند که یک فرد ظرف دو هفته آینده دچار حمله قلبی می‌شود، چه؟ یا بعد از مرگ بیمار چه اتفاقی برای زوج دیجیتال می افتد؟ آیا زوج دیجیتالی ایجاد شده از حقوق قانونی یا اخلاقی برخوردار خواهند بود؟

ماتیاس براونیک متخصص اخلاق در دانشگاه ارلانگن-نورنبرگ آلمان که در مورد اخلاق استفاده از زوج های دیجیتال در مراقبت های بهداشتی می نویسد:

… از یک طرف، دوتایی دیجیتالی بدن انسان راه های مهیج و انقلابی را برای توسعه درمان های جدید به ما ارائه می دهد. با این حال برای ما سختی هایی نیز ایجاد می کند. به عنوان مثال، صاحب زوج دیجیتال کیست؟ آیا سازنده است؟

… یا اینکه می گویید من به دلیل مشکلات بیمه درمانی یا مسائل دیگر می خواهم از استفاده از برخی اطلاعات یا مقررات خاص خودداری کنم، درست می گویید؟ مهم است که فرد استفاده را کنترل کند تا استقلال یا حریم خصوصی فرد نقض نشود. [جفت‌های دیجیتالی خود] دارند.

این از دست دادن کنترل به آنچه براون تعبیر می کند منجر می شود. بردگی دیجیتال آنها به یاد میآورند.

به گزارش آنا مایککسمدیر عامل NorElectric در حال حاضر با آنچه برای داده های بسیار خصوصی اتفاق می افتد دست و پنجه نرم می کند. مایک می گوید:

وقتی این نوع سفارشی سازی را انجام می دهید، باید سوالات سختی بپرسید، درست است؟ چه کسی باید این داده ها را داشته باشد؟ با این داده ها چه خواهیم کرد؟

این پروژه از محققان برای تبیین مولفه های اخلاقی و فلسفی این فرآیند استفاده می کند. شامل مانوئل گوئررومتخصص مغز و اعصاب در دانشگاه اوپسالا، سوئد. داده های جمع آوری شده برای neurotoin، پروژه ای خارج از اروپا، توسط مقررات حفاظت از داده های عمومی اتحادیه اروپا (GDPR) محافظت می شود. به گفته گوئررو، اعمال این قوانین به این معنی است که هرگونه استفاده از داده ها مستلزم رضایت مالک است.

گوئررو و تیمش همچنین در حال بررسی این هستند که آیا این دوره را داشته باشند یا خیر. زوج دیجیتال برای اولین بار برای تولید صنعتی اختراع شد، آیا این بهترین کلمه برای تکرار چیزی به پیچیدگی و پویایی مغز یا قلب انسان زنده است؟ آیا استفاده از آن می تواند باعث سوء تفاهم یا افزایش انتظارات در جامعه شود؟ می گوید:

[مغز] این بسیار پیچیده تر از انواع دیگر زوج هایی است که از سیستم تولید می آیند، بنابراین مفهوم زوج برای مغز در جامعه علوم اعصاب مورد بحث قرار می گیرد.

غلبه بر چالش های مغز بسیار پیچیده تر از مدل سازی قلب یا کلیه است. ناگفته نماند که چالش‌های بالقوه مغز از نظر اخلاقی پیچیده‌تر هستند. روفینی می گوید:

ما مدل های محاسباتی نسبتاً پیچیده ای از مغز ایجاد می کنیم. در مقطعی از مطالعه، عدم اطمینان در مورد اینکه آیا نمونه ایجاد شده فقط یک زوج دیجیتالی است یا یک موجود حساس، ایجاد می شود.

براون معتقد است که وقت آن رسیده است که به این سوالات سخت فکر کنیم. می گوید:

از نظر من، اینها چالش های واقعاً مهمی هستند که اکنون باید با آنها روبرو شویم.

وی نسبت به خطرات تأخیر در پاسخگویی به سؤالات کنونی درباره پیامدهای اخلاقی آینده هشدار داد و افزود:

ما به خوبی می دانیم که چه اتفاقی می افتد وقتی مردم می گویند “بیایید اکنون فناوری را توسعه دهیم، سپس خواهیم دید چه اتفاقی می افتد.”

با این حال، تیم neurotoin معتقد است که اگر این پروژه به درستی انجام شود، تطبیق دیجیتال می تواند به طور قابل توجهی به نتایج درمان بیمار کمک کند و دانش انسان را در مورد اختلالات مغزی افزایش دهد. مایک می گوید:

ما واقعاً سعی می کنیم از منظری کاملاً متفاوت به افرادی که از بیماری های مغزی رنج می برند کمک کنیم. ما می خواهیم روش خود را در یک طبقه بندی درمانی جدید قرار دهیم. جایی که مردم واقعاً از قدرت فیزیک و ریاضی برای رمزگشایی مغز استفاده می کنند.