ไบ-ออ-นิกส์ มีรากศัพท์ : มาจากคำว่า ไบ (เช่นในคำว่า “life”) และ ออนิกส์ (เช่นในคำว่า “electronics”) ไบออนิกส์ (bionics) หรือชีวประดิษฐศาสตร์ คือศาสตร์ว่าด้วยระบบเครื่องยนต์กลไกที่ทำงานเหมือนสิ่งมีชีวิตหรือบางส่วนของสิ่งมีชีวิต
อแมนดา คิตส์ เป็นคนไข้รายหนึ่งที่ได้อานิสงส์จากเทคโนโลยีอวัยวะเทียมล่าสุดที่รู้จักกันในชื่อ “ไบออนิกส์” หลังจากประสบอุบัติเหตุทางรถยนต์เมื่อปี ค.ศ. 2006 เธอสวมแขน พลาสติกสีเนื้อที่มีนิ้วงอเข้าด้านในเล็กน้อย ภายในแขนประกอบไปด้วยมอเตอร์ 3 ตัว โครงโลหะ และเครือข่ายอิเล็กทรอนิกส์อันสลับซับซ้อน ชิ้นส่วนเหล่านี้มีเบ้าพลาสติกสีขาวครอบทับจนถึงกึ่งกลางกล้ามเนื้อต้นแขนด้านหน้าหรือไบเซปส์ (biceps) และสวมเข้ากับตอแขน “เท่าที่เหลือรอด” จากอุบัติเหตุเท่าที่เหลือรอดอย่างนั้นหรือ
จะว่าไปแล้วก็ไม่ถูกเสียทีเดียว เพราะลึกลงไปภายในสมองใต้ระดับจิตสำนึกของเธอยังคงมีภาพของแขนที่อยู่ในสภาพสมบูรณ์ เรา เรียกสิ่งนี้ว่าอวัยวะหลอน (phantom) เมื่อ คิตส์คิดจะงอศอก แขนในมโนภาพนั้นจะขยับตามไปด้วย กระแสประสาท (impulse) ที่ส่งจากสมองของเธอไปสู่แขนจะถูกตรวจจับโดยตัวเซ็นเซอร์อิเล็กโทรดที่อยู่ในเบ้าแขนสีขาว ก่อนจะถูกแปลงเป็นสัญญาณที่สั่งการให้มอ เตอร์หมุนและทำให้ข้อศอกเทียมงอได้ตาม ใจนึก
“ฉันไม่ได้ตั้งใจคิดสั่งให้แขนขยับนะคะ แค่นึกอยากขยับ มันก็ขยับเอง” คิตส์กล่าว
เธอคือบทพิสูจน์ว่า แม้เลือดเนื้อและกระดูกจะเสียหายหรือสูญหายไป แต่ประสาทและสมองส่วนที่เคยควบคุมอวัยวะนั้นยังคง อยู่ แพทย์จึงเริ่มเชื่อมต่อ “สัญญาณ” เหล่านี้เข้ากับอุปกรณ์อย่างกล้องถ่ายรูป ไมโครโฟน และมอเตอร์ โดยอาศัยอิเล็กโทรด (ขั้วไฟฟ้า) ขนาดจิ๋วและเทคโนโลยีการผ่าตัดอันน่าทึ่ง เพื่อทำให้คนตาบอดกลับมามองเห็น คนหูหนวกได้ยินสรรพเสียง และคนอย่าง อแมนดา คิตส์ สามารถพับเสื้อได้ด้วยตัวเอง
คิตส์เป็นหนึ่งใน “มนุษย์แห่งอนาคต” หรือกลุ่มคนที่มีส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกายบาดเจ็บหรือสูญเสีย และได้รับการฝังอุปกรณ์ไว้ในระบบประสาทเพื่อตอบสนองคำสั่งจากสมองจักรกลที่พวกเขาใช้มีชื่อเรียกว่า กายอุปกรณ์เสมือนประสาท (neural prosthesis) หรือไบออนิกส์
เอริก เชรมป์ เป็นอัมพาตแขนขาทั้งสองข้างใช้การไม่ได้หลังประสบอุบัติเหตุคอหักจากการกระโดดน้ำเมื่อปี ค.ศ. 1992 ตอนนี้เขาได้รับการฝังอุปกรณ์ไฟฟ้าใต้ผิวหนังที่ช่วยให้ขยับนิ้วมือเพื่อจับส้อมได้ ขณะที่ โจ แอนน์ ลูอิส หญิงตาบอด สามารถมองเห็นรูปร่างของ ต้นไม้ได้ด้วยกล้องขนาดจิ๋วที่เชื่อมต่อกับประสาทตาของเธอ ส่วน แทมมี เคนนี สามารถพูดคุยกับ เอเดน ลูกชายวัย 18 เดือนที่หนูหนวกแต่กำเนิด และเขาก็สื่อสารกับเธอได้ เพราะหนูน้อยมีอิเล็กโทรด 22 ตัวฝังอยู่ในหู ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนเสียงที่ไมโครโฟนรับให้เป็นสัญญาณที่โสตประสาทของเขาสามารถรับรู้ได้
หลังจากนักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้และลองผิดลองถูกจนพบว่า การเชื่อมโยงเครื่องจักรเข้ากับจิตใจนั้นเป็นไปได้ พวกเขายังตระหนักด้วยว่า การจะทำให้การเชื่อมต่อนั้นคงอยู่ก็ ไม่ใช่เรื่องง่ายเลย เช่น หากเบ้าแขนของคิตส์เคลื่อนออกจากตำแหน่งเดิมเพียงเล็กน้อย เธอก็อาจถึงกับงอนิ้วไม่ได้ กระนั้น ไบออนิกส์ยังถือว่าเป็นก้าวกระโดดอันยิ่งใหญ่ที่ทำให้นักวิจัยสามารถช่วยให้ผู้คนได้สิ่งที่เคยสูญเสียไปกลับคืนมามากอย่างที่ไม่เคยปรากฏมาก่อน
โรเบิร์ต ลิพชุตซ์ ที่สถาบันเวชศาสตร์ฟื้นฟูแห่งชิคาโก หรืออาร์ไอซี (Rehabilitation
Institute of Chicago: RIC) กล่าวว่า “เทค โนโลยีพื้นฐานของแขนเทียมไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปมากนักในช่วงหนึ่งร้อยปีที่ผ่านมา วัสดุต่างหากที่เปลี่ยนไป เราเลยใช้พลาสติกแทนหนัง แต่หลักการทำงานพื้นฐานยังคงเดิม นั่นคือตะขอและข้อพับขยับด้วยเคเบิลหรือมอเตอร์และควบคุมโดยคันโยก” ลิพชุตซ์อธิบาย แต่แขนเทียมแบบเก่านั้นมักใช้ยาก และต้องอาศัยท่าทางในการควบคุมบังคับที่ผิดธรรมชาติ ทำ ให้ผู้ป่วยตัดสินใจถอดออกแล้ววางไว้เฉย ๆ”
แขนแบบใหม่ที่อแมนดา คิตส์ อาสาเป็นผู้ทดลองใช้ จึงเป็นคำตอบที่เหมาะสม เพราะเป็นอุปกรณ์ที่ควบคุมโดยสมอง ไม่ใช่โดยอวัยวะที่ปกติแล้วไม่มีหน้าที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการขยับมือ วิธีการนี้เรียกว่า การทำให้ มีประสาทไปเลี้ยงใหม่ยังกล้ามเนื้อเป้าหมาย (targeted muscle reinnervation) โดยใช้เส้นประสาทที่เหลืออยู่ในแขนหรือขาที่ถูกตัดไปควบคุมการทำงานของแขนหรือขาเทียม นักวิจัยทดลองใช้เทคนิคนี้ในผู้ป่วยเป็นครั้งแรกเมื่อปี ค.ศ. 2002
ทอดด์ คุยเกน แพทย์และวิศวกร ชีวเวช (biomedical engineer) ที่อาร์ไอซี เป็นผู้รับผิดชอบสิ่งที่ทางสถาบัน เริ่มเรียกว่า “แขนไบออนิกส์” เขารู้ว่าในตอแขนของผู้ป่วยที่ถูกตัดแขนยังมีเส้นประสาทที่นำสัญญาณจากสมอง หลงเหลืออยู่ และรู้ว่าคอมพิวเตอร์ในแขนเทียมสามารถสั่งการมอเตอร์ไฟฟ้าให้ขยับแขนได้ ปัญหาจึงอยู่ที่การเชื่อมต่อ เนื่องจากเส้นประสาทนำกระแสไฟฟ้าได้ แต่ไม่สามารถต่อเข้ากับสายเคเบิลของคอมพิวเตอร์ได้ (เส้นใยประสาทและสายไฟโลหะต่อกันไม่ติด อีกทั้งรอยแผลเปิดซึ่งเป็นทางต่อสายไฟ เข้าสู่ร่างกายยังเป็นช่องทางที่อันตรายเพราะเสี่ยงต่อการติดเชื้อ)
คุยเกนมองหาตัวขยายสัญญาณเพื่อเพิ่มความแรงของสัญญาณจากเส้นประสาท เพื่อเลี่ยงการเชื่อมต่อกันโดยตรง เขาพบตัวขยายดังกล่าวในกล้ามเนื้อนั่นเอง เมื่อกล้ามเนื้อหดตัว มันจะปล่อยสัญญาณไฟฟ้าที่แรงพอจนอิเล็กโทรดซึ่งติดตั้งอยู่บนผิวหนังสามารถตรวจพบได้ คุยเกนจึงพัฒนาเทคนิคในการเปลี่ยนเส้นทางเดินของเส้นประสาทที่ถูกตัดขาดจากบริเวณที่ได้รับบาดเจ็บเดิม ไปยังกล้ามเนื้ออื่น ๆ ที่สามารถขยายสัญญาณได้อย่างเหมาะสม
ในเดือนตุลาคม ปี ค.ศ. 2006 คุยเกนเริ่มลงมือเดินสายไฟให้กับอแมนดา คิตส์ ขั้นแรกคือต้องกอบกู้เส้นประสาทหลัก ๆ ที่เคยทอดยาวอยู่ในแขนของเธอเสียก่อน เส้นประสาทมีต้นกำเนิดอยู่ในเปลือกสมองส่วนควบคุมการเคลื่อนไหว (motor cortex) ของคิตส์ซึ่งมีแผนที่คร่าว ๆ ของร่างกาย แต่พวกมันมาหยุดลงตรงบริเวณปลายตอแขน ในการผ่าตัดที่ยุ่งยากซับซ้อนครั้งหนึ่ง ศัลยแพทย์ได้เปลี่ยนเส้นทางเดินของเส้นประสาทเหล่านั้นไปยังกล้ามเนื้อต้นแขนของคิตส์ในบริเวณต่าง ๆ กัน หลายเดือนผ่านไป เส้นประสาทค่อย ๆ งอกลึกลงไปในบ้านหลังใหม่ทีละมิลลิเมตร
คิตส์เล่าว่า “ล่วงเข้าเดือนที่สาม ฉันเริ่มรู้สึกชา ๆ และแขนกระตุกเล็กน้อย พอ ถึงเดือนที่สี่ ฉันเริ่มรู้สึกได้ถึงส่วนต่าง ๆ ของมือเมื่อสัมผัสต้นแขน ฉันจับส่วนต่าง ๆ และรู้สึกถึงนิ้วมือแต่ละนิ้วด้วยค่ะ” สิ่งที่เธอรู้สึกเหล่านี้คือส่วนของแขนหลอนที่ปรากฏอยู่ในสมอง ซึ่งตอนนี้ได้เชื่อมต่อกับกล้ามเนื้อแล้ว เมื่อคิตส์คิดจะขยับนิ้วหลอนเหล่านั้น กล้ามเนื้อต้นแขนของเธอก็จะหดตัว
หนึ่งเดือนต่อมา คิตส์ก็ได้สวมแขนไบ ออนิกส์อันแรก ซึ่งบรรจุอิเล็กโทรดอยู่ภายในเบ้ารอบตอแขนเพื่อใช้จับสัญญาณจากกล้ามเนื้อ ความท้าทายในขั้นนี้อยู่ที่การแปลงสัญญาณเหล่านั้นให้เป็นคำสั่งในการขยับข้อศอกและมือ กลไกการทำงานเริ่มจากสัญญาณรบกวนทางไฟ ฟ้าแผ่ออกมาจากบริเวณเล็ก ๆ ในแขนกลเธอ ภายในนั้นมีสัญญาณที่แปลได้ว่า “เหยียดข้อศอก” หรือ “หมุนข้อมือ” ไมโครโพรเซสเซอร์ซึ่งติดตั้งอยู่ในแขนเทียมจะจับสัญญาณที่ถูกต้องตามที่ตั้งโปรแกรมไว้ แล้วส่งต่อไปยังมอเตอร์ตัวที่เหมาะสม
นอกจากนี้ยังพอมีทางที่จะทำให้นิ้วมือเทียมของคิตส์สามารถรับความรู้สึกได้ ด้วยความร่วมมือของนักชีววิศวกรรมที่ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์ของมหาวิทยาลัยจอห์นส์ฮอปกินส์ อาร์ไอซีได้พัฒนาอุปกรณ์ต้นแบบสำหรับคิตส์และผู้ป่วยรายอื่น ๆ ที่ไม่เพียงเพิ่มมอเตอร์และข้อต่อเข้าไปเพื่อให้มีความคล่องตัวมากขึ้น แต่ยังมีแผ่นรับแรงกดที่ปลายนิ้วอีกด้วย แผ่นที่ว่านี้จะต่อเชื่อมกับก้านลูกสูบขนาดเล็กที่จะกดตอแขนของคิตส์ ยิ่งแรงกดมีมากเท่าไร นิ้วหลอนของคิตส์ก็ยิ่งรับความรู้สึกได้มากขึ้นเท่านั้น
คิตส์บอกว่า “ฉันรู้สึกได้แล้วว่าตัวเองกำมือแน่นขนาดไหน” และเธอยังสามารถบอกถึงความแตกต่างระหว่างสิ่งของที่มีความหยาบเหมือนกระดาษทราย หรือเรียบเนียนเหมือนแก้วได้จากความเร็วในการสั่นของก้านลูกสูบ
คุยเกน กล่าวว่า “เรามอบเครื่องมือให้แก่ผู้คน เป็นเครื่องมือที่ดีกว่าในอดีต แต่ยังคงหยาบอยู่มาก ถ้าเทียบกับความสลับซับซ้อนของร่างกายแล้ว มันคงเป็นได้แค่ค้อนอันนึงเท่านั้น หรือไม่ก็เป็นเพียงเทียนที่ให้แสงริบหรี่ เมื่อเทียบกับดวงตะวันผู้สร้างสรรค์สรรพสิ่ง”
แต่อย่างน้อยที่สุด คนที่ใช้อุปกรณ์เหล่านี้ยังพอที่จะเอื้อมมือไปหยิบเทียนเล่มนั้นได้ และบางคนก็สามารถเห็นแสงเทียนอันวูบไหวนั้นท่ามกลางความมืดมิด.
ที่มา : คอลัมภ์ สรรหาสารพัน เดลินิวส์ออนไลน์
