কৃত্রিম সংবেদনশীল স্নায়ুতন্ত্র: প্রস্থেটিক্সের জন্য একটি বর

গবেষকরা একটি কৃত্রিম সংবেদনশীল স্নায়ুতন্ত্র তৈরি করেছেন যা মানব দেহের মতো তথ্য প্রক্রিয়া করতে পারে এবং এটি কার্যকরভাবে কৃত্রিম অঙ্গগুলিতে স্পর্শের অনুভূতি দিতে পারে।

আমাদের ত্বক, শরীরের সবচেয়ে বড় অঙ্গ, এটিও সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি আমাদের পুরো শরীরকে ঢেকে রাখে, আমাদের শরীরের তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করে এবং সূর্য, অস্বাভাবিক তাপমাত্রা, জীবাণু ইত্যাদির মতো ক্ষতিকারক বাহ্যিক কারণ থেকে আমাদের রক্ষা করে৷ আমাদের ত্বক উল্লেখযোগ্যভাবে প্রসারিত করতে পারে এবং নিজেকে মেরামত করতে পারে৷ ত্বকও গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি আমাদের স্পর্শের অনুভূতি প্রদান করে যার মাধ্যমে আমরা সিদ্ধান্ত নিতে পারি। ত্বক আমাদের জন্য একটি জটিল সেন্সিং এবং সিগন্যালিং সিস্টেম।

একটি গবেষণায় প্রকাশিত বিজ্ঞান, স্ট্যানফোর্ড ইউনিভার্সিটি এবং সিউল ন্যাশনাল ইউনিভার্সিটির অধ্যাপক ঝেনান বাওয়ের নেতৃত্বে গবেষকরা একটি কৃত্রিম সংবেদনশীল স্নায়ুতন্ত্র যা "কৃত্রিম ত্বক" তৈরির দিকে একটি বড় পদক্ষেপ হতে পারে প্রসথেটিক্স অঙ্গগুলি যা সংবেদন পুনরুদ্ধার করতে পারে এবং একটি স্বাভাবিক ত্বকের আবরণের মতো কাজ করতে পারে। এই গবেষণার চ্যালেঞ্জিং দিকটি ছিল কীভাবে কার্যকরভাবে আমাদের ত্বকের অনুকরণ করা যায় যা বেশ কয়েকটি অনন্য বৈশিষ্ট্যের অধিকারী। যে বৈশিষ্ট্যটি অনুকরণ করা সবচেয়ে কঠিন তা হল আমাদের ত্বক যেভাবে একটি স্মার্টের মতো কাজ করে সংজ্ঞাবহ নেটওয়ার্ক যা প্রথমে মস্তিষ্কে সংবেদন প্রেরণ করে এবং তাৎক্ষণিক সিদ্ধান্ত নেওয়ার জন্য আমাদের পেশীগুলিকে একটি রিফ্লেক্সের মাধ্যমে প্রতিক্রিয়া জানানোর আদেশ দেয়। উদাহরণস্বরূপ, একটি টোকা কনুইয়ের পেশীগুলিকে প্রসারিত করে এবং এই পেশীগুলির সেন্সরগুলি একটি নিউরনের মাধ্যমে মস্তিষ্কে আবেগ প্রেরণ করে। তারপরে নিউরন প্রাসঙ্গিক সিন্যাপসে একাধিক সংকেত পাঠায়। আমাদের শরীরের সিনাপটিক নেটওয়ার্ক পেশীতে আকস্মিক প্রসারিত হওয়ার ধরণকে চিনতে পারে এবং একই সাথে দুটি সংকেত পাঠায়। একটি সংকেত কনুইয়ের পেশীগুলিকে প্রতিবর্ত হিসাবে সংকুচিত করে এবং দ্বিতীয় সংকেত এই সংবেদন সম্পর্কে জানাতে মস্তিষ্কে যায়। ঘটনার এই পুরো ক্রমটি সেকেন্ডের প্রায় এক ভগ্নাংশে ঘটে। নিউরনের নেটওয়ার্কে সমস্ত কার্যকরী উপাদান সহ এই জটিল জৈবিক সংবেদনশীল স্নায়ুতন্ত্রের অনুকরণ করা এখনও চ্যালেঞ্জিং রয়ে গেছে।

অনন্য সংবেদনশীল স্নায়ুতন্ত্র যা বাস্তবকে "নকল করে"

গবেষকরা একটি অনন্য সংবেদনশীল সিস্টেম তৈরি করেছেন যা মানুষের স্নায়ুতন্ত্র কীভাবে কাজ করে তা প্রতিলিপি করতে পারে। গবেষকদের দ্বারা ডিজাইন করা "কৃত্রিম নার্ভ সার্কিট" একটি সমতল, নমনীয় শীটে তিনটি উপাদানকে একীভূত করে যা কয়েক সেন্টিমিটার পরিমাপ করে। এই উপাদানগুলি পৃথকভাবে পূর্বে বর্ণিত হয়েছে। প্রথম উপাদান একটি স্পর্শ সেন্সর যা শক্তি এবং চাপ সনাক্ত করতে পারে (এমনকি মিনি বেশী)। এই সেন্সর (এর তৈরি জৈব পলিমার, কার্বন ন্যানোটিউব এবং সোনার ইলেক্ট্রোড) একটি দ্বিতীয় উপাদান, একটি নমনীয় ইলেকট্রনিক নিউরনের মাধ্যমে সংকেত পাঠায়। এই উভয় উপাদানই আগের একই গবেষকদের দ্বারা বিকশিত হয়েছিল তার উন্নত এবং উন্নত সংস্করণ। এই দুটি উপাদানের মধ্য দিয়ে উত্পন্ন এবং পাস করা সংবেদনশীল সংকেত একটি তৃতীয় উপাদানে পৌঁছে দেওয়া হয়, একটি কৃত্রিম সিনাপটিক ট্রানজিস্টর যা মস্তিষ্কে হুবহু মানুষের সিন্যাপসের মতো মডেল করা হয়। এই তিনটি উপাদানকে একত্রিতভাবে কাজ করতে হবে এবং শেষ ফাংশনটি প্রদর্শন করা ছিল সবচেয়ে চ্যালেঞ্জিং দিক। বাস্তব জৈবিক সিনাপেস সিগন্যাল রিলে করে এবং তথ্য সঞ্চয় করে যা সিদ্ধান্ত নেওয়ার জন্য প্রয়োজনীয়। এই সিনাপটিক ট্রানজিস্টর কৃত্রিম নার্ভ সার্কিট ব্যবহার করে সিনাপটিক ট্রানজিস্টরে ইলেকট্রনিক সংকেত প্রদান করে এই ফাংশনগুলি "সঞ্চালন" করে। অতএব, এই কৃত্রিম সিস্টেমটি স্বল্প-শক্তি সংকেতের তীব্রতা এবং ফ্রিকোয়েন্সির উপর ভিত্তি করে সংবেদনশীল ইনপুটগুলিকে চিনতে এবং প্রতিক্রিয়া জানাতে শেখে, ঠিক কীভাবে একটি জৈবিক সিন্যাপস একটি জীবন্ত দেহে করবে। এই অধ্যয়নের অভিনবত্ব হল এই তিনটি পৃথক উপাদান যা পূর্বে পরিচিত ছিল কিভাবে একটি সমন্বিত ব্যবস্থা প্রদানের জন্য প্রথমবারের জন্য সফলভাবে একত্রিত হয়েছিল।

গবেষকরা রিফ্লেক্স তৈরি করতে এবং স্পর্শ অনুভব করার জন্য এই সিস্টেমের ক্ষমতা পরীক্ষা করেছেন। একটি পরীক্ষায় তারা তেলাপোকার পায়ের সাথে তাদের কৃত্রিম স্নায়ু সংযুক্ত করেছিল এবং তাদের স্পর্শ সেন্সরে ক্ষুদ্র চাপ প্রয়োগ করেছিল। ইলেকট্রনিক নিউরন সেন্সর সিগন্যালকে ডিজিটাল সিগন্যালে রূপান্তর করে এবং সেগুলিকে সিনাপটিক ট্রানজিস্টরের মাধ্যমে পাস করে। এটি স্পর্শ সেন্সরে চাপ বৃদ্ধি বা হ্রাসের উপর ভিত্তি করে তেলাপোকার পা মোচড় দিয়েছিল। সুতরাং, এই কৃত্রিম সেটআপটি অবশ্যই টুইচ রিফ্লেক্সকে সক্রিয় করেছে। একটি দ্বিতীয় পরীক্ষায়, গবেষকরা ব্রেইল অক্ষরগুলিকে আলাদা করতে সক্ষম হয়ে বিভিন্ন স্পর্শ সংবেদন সনাক্ত করতে কৃত্রিম স্নায়ুর ক্ষমতা প্রদর্শন করেছিলেন। অন্য একটি পরীক্ষায় তারা সেন্সরের উপর একটি সিলিন্ডারকে বিভিন্ন দিকে ঘুরিয়েছিল এবং গতির সঠিক দিকটি সঠিকভাবে সনাক্ত করতে সক্ষম হয়েছিল। এইভাবে, এই ডিভাইসটি বস্তুর স্বীকৃতি এবং সূক্ষ্ম স্পর্শকাতর তথ্য প্রক্রিয়াকরণ যেমন টেক্সচার স্বীকৃতি, ব্রেইল পড়া এবং বস্তুর প্রান্তগুলিকে আলাদা করতে সক্ষম।

কৃত্রিম সংবেদনশীল স্নায়ুতন্ত্রের ভবিষ্যত

এই কৃত্রিম স্নায়ু প্রযুক্তিটি খুব প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে এবং প্রয়োজনীয় জটিলতার স্তরে পৌঁছেনি তবে কৃত্রিম ত্বকের আবরণ তৈরি করার জন্য প্রচুর আশা দিয়েছে। এটা স্পষ্ট যে এই ধরনের "কভারিং" এর জন্য তাপ, কম্পন, চাপ এবং অন্যান্য শক্তি এবং সংবেদন সনাক্ত করতে ডিভাইসগুলির প্রয়োজন হবে। তাদের নমনীয় সার্কিটে এম্বেড করার একটি ভাল ক্ষমতা থাকতে হবে যাতে তারা কার্যকরভাবে মস্তিষ্কের সাথে ইন্টারফেস করতে পারে। আমাদের ত্বকের অনুকরণ করতে, ডিভাইসটির আরও একীকরণ এবং কার্যকারিতা থাকা প্রয়োজন যা এটিকে আরও স্থিতিশীল এবং নির্ভরযোগ্য করে তুলবে।

এই কৃত্রিম স্নায়ু প্রযুক্তি কৃত্রিম যন্ত্রের জন্য একটি বর হতে পারে এবং অঙ্গপ্রত্যঙ্গের মধ্যে সংবেদন পুনরুদ্ধার করতে পারে। আরো 3D প্রিন্টিং প্রযুক্তি উপলব্ধ এবং আরো প্রতিক্রিয়াশীল রোবোটিক্স সিস্টেমের সাথে কৃত্রিম ডিভাইসগুলি বছরে অনেক উন্নত হয়েছে। এই আপগ্রেডগুলি সত্ত্বেও, বর্তমানে উপলব্ধ বেশিরভাগ কৃত্রিম যন্ত্রগুলিকে খুব রুক্ষভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে হবে কারণ তারা বিশাল মানব স্নায়ুতন্ত্রের জটিলতার অন্তর্ভুক্তির অভাবের কারণে মস্তিষ্কের সাথে একটি ভাল সন্তোষজনক ইন্টারফেস প্রদান করে না। ডিভাইসটি প্রতিক্রিয়া দেয় না এবং এইভাবে রোগী খুব অসন্তুষ্ট বোধ করে এবং তাড়াতাড়ি বা পরে সেগুলি ফেলে দেয়। এই ধরনের একটি কৃত্রিম স্নায়ু প্রযুক্তি সফলভাবে প্রস্থেটিক্সে অন্তর্ভুক্ত করা হলে ব্যবহারকারীদের জন্য স্পর্শ তথ্য সরবরাহ করবে এবং রোগীদের আরও ভাল অভিজ্ঞতা প্রদান করতে সহায়তা করবে। রিফ্লেক্স এবং স্পর্শ অনুভূতির ক্ষমতা প্রদান করে বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ত্বকের মতো সংবেদনশীল নিউরাল নেটওয়ার্ক তৈরির দিকে এই ডিভাইসটি একটি বড় পদক্ষেপ।

***

{উদ্ধৃত উৎস(গুলি) তালিকায় নীচে দেওয়া DOI লিঙ্কে ক্লিক করে আপনি মূল গবেষণাপত্রটি পড়তে পারেন}

উত্স (গুলি)

ইয়েংগিন কে এট আল। 2018. একটি জৈব অনুপ্রাণিত নমনীয় জৈব কৃত্রিম অ্যাফারেন্ট নার্ভ। বিজ্ঞান. https://doi.org/10.1126/science.aao0098