کنترل عضلات با نور ممکن شد
به گزارش بی دانلود، محققان متد جدیدی را با استفاده از اپتوژنتیک (Optogenetics) توسعه داده اند که راه را برای ساخت پروتزهای پیشرفته و ربات های بیوهیبرید (زیست ترکیب) هموار می کند.
به گزارش بی دانلود به نقل از ایسنا، تصور کنید که بتوانید عضلات خویش را با دقت یک ساز تنظیم شده کنترل کنید، هر حرکت با زمان بندی عالی و فقط مقدار نیروی مناسب صورت می گیرد. برای افراد مبتلا به بیماری های عصبی یا فلج، چنین کنترل دقیقی امکان دارد رؤیایی غیر ممکن به نظر برسد. اما حالا، یک مطالعه پیشگامانه توسط محققان انجام شده است که این رؤیا را به حقیقت نزدیک تر می کند. راز آن استفاده از قدرت نور برای تحریک فیبرهای عضلانی دستکاری شده ژنتیکی در روشی به نام اپتوژنتیک است.
به نقل از اس اف، به صورت سنتی، دانشمندان از تحریک الکتریکی برای فعال کردن مصنوعی ماهیچه ها در افراد دارای اختلال در عملکرد حرکتی استفاده می کردند. در حالیکه تحریک الکتریکی عملکردی (FES) پیشرفت های قابل توجهی را در اندام های مصنوعی و توانبخشی ممکن کرده است، با بعضی از اشکالات عمده همراه می باشد. سیگنال های الکتریکی به سرعت عضلات را خسته می کنند و فاقد کنترل دقیق مورد نیاز برای کارهای ماهرانه مانند گرفتن اجسام یا نواختن یک ساز هستند.
این ما را به اپتوژنتیک می رساند، میدانی پیشرفته که از نور برای کنترل سلول های اصلاح شده ژنتیکی استفاده می نماید. با وارد کردن پروتئین های حساس به نور به نام اپسین ها به نورون های خاص، دانشمندان می توانند به صورت انتخابی آن سلول ها را به آسانی با تابش نور به آنها فعال یا مهار کنند. در حالیکه اپتوژنتیک تحقیقات علوم اعصاب را متحول کرده است، کاربردهای آن در کنترل عضله تا کنون نسبتا ناشناخته مانده بود.
محققان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) فرضیه ای را مطرح نمودند که استفاده از نور برای تحریک عضلات از راه اعصاب محیطی می تواند کنترل طبیعی تر و مقاوم تر در مقابل خستگی را در مقایسه با تحریک الکتریکی عرضه نماید. برای آزمایش این ایده، آنها به سویه ای از موش ها روی آوردند که به صورت ژنتیکی برای بیان پروتئین حساس به نوری در نورون های حرکتی شان مهندسی شده بودند.
محققان با استفاده از یک پلت فرم نوآورانه تحریک مبتنی بر نور که می تواند اعصاب خاصی را هدف قرار دهد، نظریه خویش را مورد آزمایش قرار دادند. آنها دریافتند که با تعدیل مدت و فرکانس سیگنال های نوری می توانند به کنترل درجه بندی شده نیروی عضلانی با دقت قابل توجهی دست یابند. تحریک اپتوژنتیک نه تنها نیروهای بالاتری را نسبت به تحریک الکتریکی ایجاد کرد، بلکه سبب افزایش خطی تر و گام به گام نیرو در مقایسه با روش های معمولی شد.
به صورت معمول، مغز ما ابتدا واحدهای حرکتی کوچکتر را برای کارهای ظریف و کم نیرو فعال می کند و سپس با افزایش نیاز نیرو، به تدریج واحدهای حرکتی بزرگتر و قدرتمندتر را به خدمت می گیرد. این استخدام منظم امکان ایجاد دامنه دینامیکی گسترده ای از تولید نیرو را فراهم می آورد.
در مقابل، تحریک الکتریکی در ابتدا بزرگترین واحدهای حرکتی را فعال می کند که منجر به خستگی سریع و قدرت تفکیک ضعیف می شود. اپتوژنتیک، به علت تحریک مستقیم نورون های حرکتی، می تواند به ترتیب طبیعی این فعال سازی را انجام دهد. این نه تنها خستگی را می کاهد، بلکه امکان کنترل دقیق تر و افزایشی نیرو را هم فراهم می آورد.
برای بدست آوردن این کنترل طبیعی تقویت شده، محققان یک مدل محاسباتی ایجاد کردند که می تواند روابط پیچیده و غیرخطی بین تحریک نور و تولید نیروی عضلانی را پیش بینی نماید. با ترکیب عوامل بیوفیزیکی، مدل آنها راه را برای طراحی سیستم های کنترل اپتوژنتیک هموار می کند.
کاربردهای بالقوه این فناوری بسیار زیاد است. افراد مبتلا به فلج یا مشکلات عصبی می توانند توانایی انجام کارهایی را که احتیاج به مهارت های حرکتی ظریف دارند، باردیگر به دست آورند. اندام های مصنوعی می توانند با حرکات واقعی تر و مقاوم در مقابل خستگی ادغام شوند. ماهیچه های تحت کنترل اپتوژنتیک حتی می توانند نسل جدیدی از ربات های چابک و بیوهیبرید را ایجاد کنند.
منبع: beedownload.ir
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب