कृत्रिम संवेदी तंत्रिका तंत्र: प्रोस्थेटिक्स के लिए एक वरदान

शोधकर्ताओं ने एक कृत्रिम संवेदी तंत्रिका तंत्र विकसित किया है जो मानव शरीर के समान सूचनाओं को संसाधित कर सकता है और यह कृत्रिम अंगों को प्रभावी ढंग से स्पर्श की भावना दे सकता है।

हमारी त्वचा, शरीर का सबसे बड़ा अंग भी सबसे महत्वपूर्ण है क्योंकि यह हमारे पूरे शरीर को कवर करता है, हमारे शरीर के तापमान को नियंत्रित करता है और हमें हानिकारक बाहरी कारकों जैसे सूरज, असामान्य तापमान, कीटाणुओं आदि से बचाता है। हमारी त्वचा उल्लेखनीय रूप से खिंचाव कर सकती है और खुद की मरम्मत कर सकती है। त्वचा इसलिए भी महत्वपूर्ण है क्योंकि यह हमें स्पर्श की भावना प्रदान करती है जिसके माध्यम से हम निर्णय लेने में सक्षम होते हैं। त्वचा हमारे लिए एक जटिल संवेदन और संकेत प्रणाली है।

में प्रकाशित एक अध्ययन में विज्ञान, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय और सियोल नेशनल यूनिवर्सिटी में प्रोफेसर जेनन बाओ के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने एक विकसित किया है कृत्रिम संवेदी तंत्रिका तंत्र जो "कृत्रिम त्वचा" बनाने की दिशा में एक बड़ा कदम हो सकता है कृत्रिम अंग अंग जो संवेदना को बहाल कर सकते हैं और एक सामान्य त्वचा आवरण की तरह कार्य कर सकते हैं। इस अध्ययन का चुनौतीपूर्ण पहलू यह था कि हमारी त्वचा की प्रभावी ढंग से नकल कैसे की जाए जिसमें कई अद्वितीय गुण हैं। जिस विशेषता की नकल करना सबसे कठिन है वह है वह तरीका जिससे हमारी त्वचा एक स्मार्ट की तरह काम करती है संवेदी नेटवर्क जो सबसे पहले संवेदनाओं को मस्तिष्क तक पहुंचाता है और हमारी मांसपेशियों को तुरंत निर्णय लेने के लिए रिफ्लेक्स के माध्यम से प्रतिक्रिया करने का आदेश देता है। उदाहरण के लिए, एक नल से कोहनी की मांसपेशियों में खिंचाव होता है, और इन मांसपेशियों में सेंसर एक न्यूरॉन के माध्यम से मस्तिष्क को आवेग भेजते हैं। न्यूरॉन तब प्रासंगिक सिनेप्स को संकेतों की एक श्रृंखला भेजता है। हमारे शरीर में सिनैप्टिक नेटवर्क मांसपेशियों में अचानक खिंचाव के पैटर्न को पहचानता है और एक साथ दो सिग्नल भेजता है। एक संकेत कोहनी की मांसपेशियों को रिफ्लेक्स के रूप में अनुबंधित करने का कारण बनता है और दूसरा संकेत इस सनसनी के बारे में सूचित करने के लिए मस्तिष्क को जाता है। घटना का यह पूरा क्रम सेकंड के लगभग एक अंश में होता है। न्यूरॉन्स के नेटवर्क में सभी कार्यात्मक तत्वों सहित इस जटिल जैविक संवेदी तंत्रिका तंत्र की नकल करना अभी भी चुनौतीपूर्ण बना हुआ है।

अद्वितीय संवेदी तंत्रिका तंत्र जो वास्तविक की "नकल" करता है

शोधकर्ताओं ने एक अनूठा संवेदी तंत्र बनाया है जो मानव तंत्रिका तंत्र के कार्य करने के तरीके को दोहरा सकता है। शोधकर्ताओं द्वारा डिजाइन किया गया "कृत्रिम तंत्रिका सर्किट" तीन घटकों को एक फ्लैट, लचीली शीट में कुछ सेंटीमीटर मापने के लिए एकीकृत करता है। इन घटकों को व्यक्तिगत रूप से पहले वर्णित किया गया है। पहला घटक एक स्पर्श है सेंसर which can detect forces and pressure (even mini ones). This sensor (made of जैविक polymers, carbon nanotubes and gold electrodes) send signals through a second component, a flexible electronic neuron. Both these components are enhanced and improved versions of what was developed by same researchers before. Sensory signals generated and passed through these two components are delivered to a third component, an artificial synaptic transistor which is modelled exactly like human synapses in the brain. All these three components have to work cohesively and demonstrating the end function was the most challenging aspect. Real biological synapses relay signals and store information which is required to take decisions. This synaptic transistor “performs” these functions by delivering electronic signals to the synaptic transistor by using the artificial nerve circuit. Therefore, this artificial system learns to recognize and react to sensory inputs based upon the intensity and frequency of low-power signals, just how a biological synapse would do in a living body. The novelty of this study is how these three individual components that are known previously were integrated successfully for the first time to deliver a cohesive system.

शोधकर्ताओं ने रिफ्लेक्सिस उत्पन्न करने और स्पर्श को समझने के लिए इस प्रणाली की क्षमता का परीक्षण किया। एक प्रयोग में उन्होंने अपनी कृत्रिम तंत्रिका को कॉकरोच के पैर से जोड़ा और अपने स्पर्श संवेदक पर थोड़ा दबाव डाला। इलेक्ट्रॉनिक न्यूरॉन ने सेंसर सिग्नल को डिजिटल सिग्नल में बदल दिया और उन्हें सिनैप्टिक ट्रांजिस्टर के माध्यम से पारित कर दिया। इससे कॉकरोच का पैर टच सेंसर में दबाव बढ़ने या घटने के आधार पर हिल गया। तो, इस कृत्रिम सेटअप ने निश्चित रूप से चिकोटी प्रतिवर्त को सक्रिय किया। एक दूसरे प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने ब्रेल अक्षरों में अंतर करने में सक्षम होकर विभिन्न स्पर्श संवेदनाओं का पता लगाने में कृत्रिम तंत्रिका की क्षमता का प्रदर्शन किया। एक अन्य परीक्षण में उन्होंने सेंसर के ऊपर एक सिलेंडर को अलग-अलग दिशाओं में घुमाया और गति की सटीक दिशा का सटीक पता लगाने में सक्षम थे। इस प्रकार, यह उपकरण वस्तु की पहचान और बनावट की पहचान, ब्रेल रीडिंग और वस्तुओं के विशिष्ट किनारों जैसे बारीक स्पर्श सूचना प्रसंस्करण में सुधार करने में सक्षम है।

कृत्रिम संवेदी तंत्रिका तंत्र का भविष्य

यह कृत्रिम तंत्रिका तकनीक बहुत प्रारंभिक चरण में है और आवश्यक जटिलता स्तर तक नहीं पहुंची है, लेकिन कृत्रिम त्वचा के आवरण बनाने की अपार आशा दी है। यह स्पष्ट है कि इस तरह के "आवरण" को गर्मी, कंपन, दबाव और अन्य बलों और संवेदनाओं का पता लगाने के लिए उपकरणों की भी आवश्यकता होगी। उनके पास लचीले सर्किट में एम्बेडेड होने की अच्छी क्षमता होनी चाहिए ताकि वे मस्तिष्क के साथ प्रभावी ढंग से संपर्क कर सकें। हमारी त्वचा की नकल करने के लिए, डिवाइस को अधिक एकीकरण और कार्यक्षमता की आवश्यकता होती है जो इसे और अधिक स्थिर और विश्वसनीय बनाती है।

यह कृत्रिम तंत्रिका तकनीक प्रोस्थेटिक्स के लिए वरदान हो सकती है और विकलांगों में संवेदनाओं को बहाल कर सकती है। अधिक 3डी प्रिंटिंग तकनीक उपलब्ध होने और अधिक प्रतिक्रियाशील रोबोटिक्स सिस्टम के साथ कृत्रिम उपकरणों में वर्ष के दौरान काफी सुधार हुआ है। इन उन्नयनों के बावजूद, आज उपलब्ध अधिकांश कृत्रिम उपकरणों को बहुत ही कठोर तरीके से नियंत्रित किया जाना है क्योंकि वे विशाल मानव तंत्रिका तंत्र की पेचीदगियों को शामिल करने की कमी के कारण मस्तिष्क के साथ एक अच्छा संतोषजनक इंटरफ़ेस प्रदान नहीं करते हैं। डिवाइस प्रतिक्रिया नहीं देता है और इस प्रकार रोगी बहुत असंतुष्ट महसूस करता है और उन्हें जल्दी या बाद में त्याग देता है। इस तरह की कृत्रिम तंत्रिका तकनीक जब सफलतापूर्वक प्रोस्थेटिक्स में शामिल हो जाती है तो उपयोगकर्ताओं के लिए स्पर्श जानकारी प्रदान करेगी और रोगियों को बेहतर अनुभव प्रदान करने में मदद करेगी। यह डिवाइस रिफ्लेक्स और टच सेंस की शक्ति प्रदान करके विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए त्वचा की तरह संवेदी तंत्रिका नेटवर्क बनाने की दिशा में एक बड़ा कदम है।

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स्रोत (रों)

योंगिन के एट अल। 2018. एक जैव प्रेरित लचीला कार्बनिक कृत्रिम अभिवाही तंत्रिका। विज्ञान. https://doi.org/10.1126/science.aao0098