حیوانی دماغ دسیوں اربوں نیوران یا اعصابی خلیات پر مشتمل ہوتا ہے جو کہ پیچیدہ کام انجام دیتے ہیں جیسے جذبات کی پروسیسنگ، سیکھنا، اور نیورو ٹرانسمیٹر کے ذریعے ایک دوسرے سے بات چیت کرکے فیصلے کرنا۔ یہ چھوٹے سگنلنگ مالیکیول پھیلتے ہیں — اعلی سے کم ارتکاز والے علاقوں میں — نیوران کے درمیان، کیمیائی میسنجر کے طور پر کام کرتے ہیں۔ سائنس دانوں کا خیال ہے کہ یہ منتشر حرکت دماغ کے اعلیٰ فعل کے مرکز میں ہو سکتی ہے۔ لہذا، انہوں نے ایمپرومیٹرک اور مائیکرو ڈائلیسس طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے دماغ میں ان کی رہائی کا پتہ لگا کر مخصوص نیورو ٹرانسمیٹر کے کردار کو سمجھنا ہے۔ تاہم، یہ طریقے ناکافی معلومات فراہم کرتے ہیں، بہتر سینسنگ تکنیکوں کی ضرورت ہوتی ہے۔
اس مقصد کے لیے، سائنسدانوں نے ایک آپٹیکل امیجنگ کا طریقہ تیار کیا جس میں پروٹین کی تحقیقات ایک مخصوص نیورو ٹرانسمیٹر کا پتہ لگانے پر اپنی فلوروسینس کی شدت کو تبدیل کرتی ہیں۔ حال ہی میں، پروفیسر یاسو یوشیمی کی قیادت میں جاپان کے شیبورا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی کے محققین کے ایک گروپ نے اس خیال کو آگے بڑھایا ہے۔ انہوں نے کامیابی کے ساتھ فلوروسینٹ مالیکیولر امپرنٹ شدہ پولیمیرک نینو پارٹیکلز (fMIP-NPs) کی ترکیب کی ہے جو مخصوص نیورو ٹرانسمیٹرس-سیروٹونن، ڈوپامائن، اور ایسٹیلکولین کا پتہ لگانے کے لیے تحقیقات کا کام کرتے ہیں۔ قابل ذکر بات یہ ہے کہ اس طرح کی تحقیقات کو تیار کرنا اب تک مشکل سمجھا جاتا رہا ہے۔ 3 جنوری 2023 کو جریدے نانومیٹریلز کے جلد 13، شمارہ 1 میں شائع ہونے والے ان کے اہم کام میں مسٹر یوٹو کاتسوماتا، مسٹر نویا اوسوا، مسٹر نو اوگیشیتا، اور مسٹر ریوٹا کدویا کے تعاون شامل ہیں۔
پروفیسر یوشیمی fMIP-NP ترکیب کے بنیادی اصولوں کی مختصر وضاحت کرتے ہیں۔ \”اس میں متعدد مراحل شامل ہیں۔ سب سے پہلے، جس ہدف کے نیورو ٹرانسمیٹر کا پتہ لگایا جانا ہے، شیشے کی موتیوں کی سطح پر طے کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد، مختلف افعال کے ساتھ مونومر (پولیمر کے بلڈنگ بلاکس) — کا پتہ لگانا، کراس لنک کرنا، اور فلوروسینس — موتیوں کے گرد پولیمرائز کرتے ہیں۔ نیورو ٹرانسمیٹر کو لپیٹنا۔ نتیجے میں آنے والے پولیمر کو پھر ایک گہا کے طور پر نقوش شدہ نیورو ٹرانسمیٹر ڈھانچہ کے ساتھ ایک نینو پارٹیکل حاصل کرنے کے لیے دھویا جاتا ہے۔ یہ صرف ہدف والے نیورو ٹرانسمیٹر پر فٹ ہو گا، بالکل اسی طرح جیسے صرف ایک خاص کلید تالا کھول سکتی ہے۔ لہذا، fMIP-NPs دماغ میں ان کے متعلقہ نیورو ٹرانسمیٹر کا پتہ لگانا۔\”
جب ہدف کے نیورو ٹرانسمیٹر گہا کے اندر فٹ ہوجاتے ہیں، تو fMIP-NPs پھول جاتے ہیں اور بڑے ہوجاتے ہیں۔ محققین کا مشورہ ہے کہ اس سے فلوروسینٹ مونومر کے درمیان فاصلہ بڑھ جاتا ہے جو کہ بدلے میں ان کے تعامل کو کم کرتا ہے، بشمول خود بجھانا جو فلوروسینس کو دباتا ہے، ایک دوسرے کے ساتھ۔ نتیجے کے طور پر، فلوروسینس کی شدت میں اضافہ ہوتا ہے، جو نیورو ٹرانسمیٹر کی موجودگی کی نشاندہی کرتا ہے۔ محققین نے fMIP-NP ترکیب کے دوران شیشے کے موتیوں کی سطح پر نیورو ٹرانسمیٹر کثافت کو ایڈجسٹ کرکے پتہ لگانے کی اپنی انتخابی صلاحیت کو بہتر بنایا۔
مزید برآں، نیورو ٹرانسمیٹر کو ٹھیک کرنے کے لیے مواد کا انتخاب پتہ لگانے کی مخصوصیت میں ایک اہم کردار ادا کرتا پایا گیا۔ محققین نے پایا کہ شیشے کی مالا کی سطح پر نیورو ٹرانسمیٹر، سیروٹونن اور ڈوپامائن کو جوڑنے کے لیے ملاوٹ شدہ سائلین خالص سائلین سے بہتر ہے۔ fMIP-NPs ملاوٹ شدہ سائلین کا استعمال کرتے ہوئے ترکیب شدہ خاص طور پر سیروٹونن اور ڈوپامائن کا پتہ چلا۔ اس کے برعکس، خالص سائلین کا استعمال کرتے ہوئے ترکیب شدہ غیر مخصوص fMIP-NPs کے نتیجے میں جو غیر ہدف والے نیورو ٹرانسمیٹر کا جواب دیتے ہیں، انہیں غلط طریقے سے سیرٹونن اور ڈوپامائن کے طور پر شناخت کرتے ہیں۔ اسی طرح پولی([2-(methacryloyloxy)ethyl] trimethylammonium chloride (METMAC)-co-methacrylamide) لیکن METMAC homopolymer نہیں نیورو ٹرانسمیٹر acetylcholine کا ایک مؤثر ڈمی ٹیمپلیٹ پایا گیا۔ جبکہ سابقہ fMIP-NPs تیار کرتے تھے جنہوں نے منتخب طور پر acetylcholine کا پتہ لگایا تھا، مؤخر الذکر غیر جوابی نینو پارٹیکلز کا باعث بنا۔
یہ نتائج ہمارے دماغ میں جاری ہونے والے نیورو ٹرانسمیٹرس کی منتخب شناخت میں fMIP-NPs کی فزیبلٹی کو ظاہر کرتے ہیں۔ \”اس نئی تکنیک کے ساتھ دماغ کی تصویر کشی نیورو ٹرانسمیٹر کے پھیلاؤ اور دماغی سرگرمی کے درمیان تعلق کو ظاہر کر سکتی ہے۔ اس کے نتیجے میں، ہمیں اعصابی بیماریوں کے علاج میں مدد مل سکتی ہے اور یہاں تک کہ جدید کمپیوٹرز بنانے میں مدد مل سکتی ہے جو انسانی دماغ کے افعال کی نقل کرتے ہیں،\” پروفیسر یوشیمی نے کہا، جو اس بارے میں پرجوش ہیں۔ جدید تحقیق.
ماؤنٹ سینائی ہیلتھ سسٹم اور میموریل سلوان کیٹرنگ کینسر سینٹر کے محققین نے منشیات کی ترسیل کا ایک نیا طریقہ تیار کیا ہے جو بچوں میں دماغی رسولیوں کے علاج کے لیے کینسر مخالف ادویات کی زیادہ موثر اور ہدفی ترسیل کو قابل بنانے کے لیے نینو پارٹیکلز کا استعمال کرتا ہے۔
یہ ٹیکنالوجی دماغی ٹیومر کے مخصوص مقامات پر کینسر کے خلاف ادویات کی بہتر ترسیل کی اجازت دیتی ہے جبکہ دماغ کے عام علاقوں کو بچاتی ہے۔ 2 مارچ 2023 کو شائع ہونے والی ان کی تحقیق کے مطابق، اس کا نتیجہ کینسر مخالف ادویات کی تاثیر میں بہتری اور زہریلے اثرات کو کم کرتا ہے۔ قدرتی مواد.
پروین راجو، ایم ڈی، پی ایچ ڈی کہتے ہیں، \”ہم یہ ظاہر کرتے ہیں کہ ہم دماغ کے اندر ٹیومر کی مخصوص جگہوں پر زیادہ کامیابی کے ساتھ دوا کی کم خوراکیں زیادہ کامیابی سے پہنچا سکتے ہیں، جبکہ ہڈیوں کے زہریلے پن کو بچاتے ہیں جو چھوٹے مریضوں میں دیکھا جاتا ہے۔\” ماؤنٹ سینا کراویس چلڈرن ہسپتال میں بچوں کے دماغ اور ریڑھ کی ہڈی کے ٹیومر سینٹر کے شریک ڈائریکٹر، اور مطالعہ کے سینئر مصنف.
میڈولوبلاسٹوما سب سے عام مہلک پیڈیاٹرک برین ٹیومر ہے، جو بچوں میں تمام دماغی ٹیومر کا تقریباً 20 فیصد ہوتا ہے۔ یہ انتہائی جارحانہ اور علاج کرنا مشکل ہے، اور تقریباً 30 فیصد مریضوں میں اسے لاعلاج سمجھا جاتا ہے۔ یہاں تک کہ وہ بچے جو \”صحت یاب\” ہو جاتے ہیں وہ شدید طویل مدتی معذوری اور صحت کے مسائل کا سامنا کرتے ہیں، بنیادی طور پر تابکاری اور کیموتھراپی کے منفی ضمنی اثرات کی وجہ سے۔ متاثرہ دماغی بافتوں کو سائٹ کی طرف سے منشیات کی ترسیل میں ایک مخصوص اور انتہائی منظم خون کے دماغ کی رکاوٹ کی وجہ سے رکاوٹ ہوتی ہے، جو عام طور پر دماغ کو انفیکشن یا دیگر نقصان دہ مادوں سے بچاتا ہے۔
اس مطالعہ میں، محققین نے ایک عام طریقہ کار کا استعمال کیا جسے مدافعتی نظام سفید خون کے خلیات کو انفیکشن، سوزش، یا ٹشو کی چوٹ کی جگہوں تک پہنچانے کے لیے استعمال کرتا ہے۔ تصادفی طور پر پورے جسم میں مدافعتی خلیوں کو بھیجنے کے بجائے، خون کی نالیوں کو متحرک کرنے کا ایک طریقہ کار موجود ہے جسے مدافعتی خلیے وہاں جانے کے لیے استعمال کرتے ہیں جہاں ان کی ضرورت ہوتی ہے۔ محققین نے اس انوکھی ہومنگ خصوصیت کا استعمال کیا، جو دماغ کے ٹیومر خون کی نالیوں میں بھی پایا جاتا ہے، اپنے منشیات سے لدے نینو پارٹیکلز کو بیماری کی جگہ پر نشانہ بنانے کے لیے، نہ کہ دماغ کے عام علاقوں کو۔
میڈلوبلاسٹوما کے جینیاتی طور پر متعلقہ ماؤس ماڈل میں دوائیوں کی ترسیل کے نئے پلیٹ فارم کا استعمال کرتے ہوئے، تحقیقی ٹیم کینسر کے خلاف دوا کی افادیت کو بڑھانے میں کامیاب رہی جو ممکنہ طور پر میڈلوبلاسٹوما کے مریضوں کے ذیلی سیٹ کے لیے مفید ہو سکتی ہے، لیکن جو فی الحال ہڈیوں کی وجہ سے محدود ہے۔ زہریلا یہ ثانوی طور پر بچوں میں پیدا کرتا ہے۔
\”اس کے علاوہ، ہم نے دکھایا کہ منشیات کی ترسیل کے اس ہدف کو انتہائی کم خوراک والی تابکاری کے ساتھ مزید بڑھایا گیا ہے، جو کہ ایک معیاری تھراپی ہے جو پہلے سے زیادہ تر بچوں اور بڑوں کے لیے بنیادی اور میٹاسٹیٹک برین ٹیومر کے ساتھ استعمال ہوتی ہے،\” ڈاکٹر راجو، ایسوسی ایٹ پروفیسر کہتے ہیں۔ ماؤنٹ سینا کے Icahn سکول آف میڈیسن میں نیورولوجی، نیورو سائنس، اور پیڈیاٹرکس کا۔ \”اہم بات یہ ہے کہ، ہمارے خون کے دماغ میں رکاوٹ پیدا کرنے والی دوائیوں کی ترسیل کے طریقہ کار میں بچوں اور بڑوں دونوں کے دماغ میں دیگر پیڈیاٹرک برین ٹیومر اور مقامی بیماریوں کے لیے ادویات کی فراہمی کو بہتر بنانے کی صلاحیت ہے، بشمول فوکل ایپیپلسی، ایک سے زیادہ سکلیروسیس، اسٹروک، اور ممکنہ طور پر نیوروڈیجینریٹو عوارض۔ \”
\”بعض پروٹین خون کی نالیوں پر سوزش کی جگہوں پر ظاہر ہوتے ہیں جو خون کے سفید خلیوں کو خون کے دھارے سے باہر نکلنے میں مدد دیتے ہیں۔ وہ کار حادثے کی جگہ پر پولیس افسروں کی طرح کام کرتے ہیں، جو ہنگامی اہلکاروں کو مدد کرنے دیتے ہیں،\” ڈینیئل ہیلر، پی ایچ ڈی کے سربراہ کہتے ہیں۔ کینسر نینو میڈیسن لیبارٹری اور میموریل سلوان کیٹرنگ کینسر سینٹر میں مالیکیولر فارماکولوجی پروگرام میں ممبر، اور مطالعہ کے سینئر مصنف۔ \”ہم نے اپنے ہنگامی عملے کو منشیات سے لدے نینو پارٹیکلز کی شکل میں بھیجا، جو چینی کے کچھ مالیکیولز پر مشتمل ہیں جو انہی پروٹینوں کو نشانہ بنا سکتے ہیں۔\”
محققین کا اندازہ ہے کہ خون دماغی رکاوٹ اور دیگر مقامات پر مواد کی نقل و حمل کو بہتر بنانے کے لیے اس طریقہ کی مسلسل تحقیقات اور ترقی منظور شدہ اور تجرباتی علاج کی کئی کلاسوں کی افادیت کو بہتر بنانے کے لیے معاون ثابت ہوگی۔ منشیات کی ترسیل کے اس پلیٹ فارم کو دماغ اور جسم کے دیگر مقامات کے کینسر کے ساتھ ساتھ مرکزی اعصابی نظام اور دیگر جگہوں پر سوزش سے متعلق دیگر بیماریوں کے علاج کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
ڈاکٹر راجو اور ان کے ساتھیوں کو حال ہی میں نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف ہیلتھ کی طرف سے 2.8 ملین ڈالر سے نوازا گیا تاکہ میڈلوبلاسٹوما ٹیومر سیل کی پختگی کے طریقہ کار کا پتہ لگایا جا سکے اور ہائی ریزولوشن جینومکس اور ایپی جینیٹکس تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے اہداف کی شناخت کی جا سکے۔ منشیات کی ترسیل کا پلیٹ فارم۔ ڈاکٹر راجو کو حال ہی میں 600,000 ڈالر کی ChadTough Defeat DIPG فاؤنڈیشن گیم چینجر گرانٹ سے بھی نوازا گیا جو ڈفیوز انٹرینسک پونٹائن گلیوما (DIPG) کے لیے اس دوا کی ترسیل کے طریقہ کار کو استعمال کرنے کے لیے تحقیق میں معاونت کرے گا، جو کہ پیڈیاٹرک برین ٹیومر کا علاج کرنا مشکل ہے۔ دماغی خلیہ کا ایک حصہ۔ اورین بیچر، ایم ڈی، جیک مارٹن فنڈ ڈویژن آف پیڈیاٹرک ہیماٹولوجی-آنکولوجی کے چیف، پیڈیاٹرک ہیماٹولوجی-آنکولوجی میں اسٹیون ریوچ چیئر، اور Icahn Mount Sinai میں پیڈیاٹرکس کے پروفیسر، اس تحقیق میں تعاون کر رہے ہیں۔
مطالعہ کے لیے فنڈنگ نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف ہیلتھ گرانٹ R01NS116353 کے ذریعے فراہم کی گئی تھی۔ نیشنل کینسر انسٹی ٹیوٹ گرانٹ R01CA215719؛ کینسر سینٹر سپورٹ گرانٹ P30CA008748؛ امریکن کینسر سوسائٹی ریسرچ اسکالر گرانٹ GC230452؛ بچوں کے کینسر کو کھولنا؛ ایمرسن کلیکٹو؛ Pershing Square Sohn کینسر ریسرچ الائنس؛ ہارٹ ویل فاؤنڈیشن؛ Expect Miracles Foundation — کینسر کے خلاف مالی خدمات؛ نایاب کینسر میں MSK کا سائیکل برائے بقا کا ایکوینوکس انوویشن ایوارڈ؛ ایلن اور سینڈرا گیری میٹاسٹیسیس ریسرچ انیشیٹو؛ مسٹر ولیم ایچ گڈون اور مسز ایلس گڈون اور کامن ویلتھ فاؤنڈیشن فار کینسر ریسرچ؛ تجرباتی علاج کا مرکز؛ امیجنگ اور ریڈی ایشن سائنسز پروگرام؛ اور سینٹر فار مالیکیولر امیجنگ اینڈ نینو ٹیکنالوجی آف میموریل سلوان کیٹرنگ کینسر سینٹر۔
ایک نیا \’ہائبرڈ\’ ہائیڈروجیل، جو طبی ماہرین کو چوہوں میں دماغی چوٹ کی جگہ پر سٹیم سیلز کو محفوظ طریقے سے پہنچانے کی اجازت دیتا ہے، یونیورسٹی آف میلبورن اور آسٹریلین نیشنل یونیورسٹی کے محققین نے تیار کیا ہے۔
ہائیڈروجیل ایک پانی پر مبنی جیل ہے جو جسم میں مادوں کو پہنچانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے اور نئے خلیوں کی مؤثر نشوونما کو فروغ دینے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
میں شائع ہوا۔ نیچر کمیونیکیشنز1980 کی دہائی سے اسٹیم سیل کے محققین کو درپیش ایک بڑے چیلنج کو حل کرتا ہے – اسٹیم سیلز کو کافی دیر تک زندہ رکھنا تاکہ انہیں نئے ٹشوز بنانے کے لیے درکار خلیات میں تیار ہونے کی اجازت دی جا سکے جب انہیں کسی تباہ شدہ حصے میں داخل کیا جاتا ہے۔ جسم کے.
ہائیڈروجیل انجیکشن کے عمل کے دوران اسٹیم سیلز کو زندہ رکھنے کے لیے درکار اسٹیم سیلز اور آکسیجن دونوں فراہم کرتا ہے اور اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ اسٹیم سیل اس قسم کے خلیات میں تیار ہوتے ہیں جو نقصان کو ٹھیک کرنے کے لیے نئے ٹشو بنانے کے لیے درکار ہوتے ہیں۔ محققین کا خیال ہے کہ اس پیش رفت سے دماغ اور مرکزی اعصابی نظام کے علاوہ جسم کے کئی دوسرے حصوں میں اسٹیم سیل کے علاج کو فائدہ پہنچے گا۔
ہائیڈروجیل تیار کرنے والی ٹیم کی مشترکہ قیادت میلبورن یونیورسٹی کے پروفیسر ڈیوڈ نسبیٹ، دی گریم کلارک انسٹی ٹیوٹ برائے بایومیڈیکل انجینئرنگ کے ڈائریکٹر کر رہے ہیں۔ اور آسٹریلین نیشنل یونیورسٹی (اے این یو) کے پروفیسر کولن جیکسن، پیپٹائڈ اور پروٹین سائنس میں اختراعات، اور مصنوعی حیاتیات آسٹریلین ریسرچ کونسل سینٹرز آف ایکسیلنس کے رکن۔
پروفیسر نِسبت نے کہا: \”فالج جیسی چوٹ کے بعد، دماغ میں خون کے نظام سمیت ایک مردہ علاقہ ہوتا ہے۔ لہٰذا، ہمیں خون کے نظام کی مرمت تک خلیات کی مدد کے لیے عارضی خون کی فراہمی کی ضرورت ہے۔ یہ پیٹنٹ شدہ ہائیڈروجیل فراہم کرتا ہے۔
\”بہت کم دوائیوں کے علاج سے فالج یا پارکنسنز کی بیماری جیسے حالات کا علاج کیا جا سکتا ہے اور ان کی افادیت بہت کم ہے۔ فی الحال کوئی ایسا علاج نہیں ہے جو ان حالات کو ریورس کر سکے۔\”
پروفیسر جیکسن نے کہا کہ یہ پیش رفت عالمی سطح پر محققین اور معالجین کو دلچسپی دے گی اور اس سے بہت سے انقلابی طبی علاج کا امکان ہے۔
\”تصور کا ثبوت اب چوہوں کے دماغ میں دکھایا گیا ہے، لیکن یہ تحقیق متنوع ایپلی کیشنز کے لیے انجیکشن ایبل نینو میٹریلز تیار کرنے کے لیے ایک عمومی حکمت عملی کی نمائندگی کرتی ہے، بشمول سیل ٹرانسپلانٹیشن، جین اور منشیات کی ترسیل، وٹرو بیماری کے ماڈلز میں تھری ڈی اور آرگن آن۔ -ایک چپ ٹیکنالوجی،\” پروفیسر جیکسن نے کہا۔
پانچ سال کی تحقیق کے دوران، ٹیم نے دریافت کیا کہ مائیوگلوبن پر مبنی ایک مصنوعی پروٹین – ایک قدرتی پروٹین جو سپرم وہیل اور گھوڑوں کے دل کے پٹھوں میں زیادہ ارتکاز میں پایا جاتا ہے – کو ان کے ہائیڈروجیل میں شامل کیا گیا تاکہ اسٹیم سیلز کو یقینی بنانے کے لیے ضروری آکسیجن کے اخراج کی ضرورت ہو۔ ڈیلیوری کے عمل کو زندہ رکھیں اور دماغ کے ٹشو کی مرمت کے لیے درکار خلیات کی قسم میں ترقی کریں۔
وہیل اور دیگر گہرے غوطہ خوری والے جانوروں کے بارے میں خیال کیا جاتا ہے کہ ان کے پٹھوں کے بافتوں میں میوگلوبن کی زیادہ مقدار پیدا ہوئی ہے تاکہ وہ غوطہ خوری کے دوران آہستہ آہستہ زیادہ سے زیادہ آکسیجن جذب کر سکیں۔ اسی طرح، گھوڑوں کے بارے میں خیال کیا جاتا ہے کہ وہ میوگلوبن کی زیادہ تعداد میں تیار ہوئے ہیں تاکہ وہ طویل فاصلے تک دوڑ سکیں۔
میلبورن یونیورسٹی کے پروفیسر کلیئر پیرش نے ماؤس اسٹڈیز کا انعقاد کیا اور کہا کہ نتائج زخمی دماغی بافتوں میں حاصل کیے گئے، جس سے مستقبل میں انسانی علاج کے لیے نئے ٹشووں کی نشوونما کے امکانات بڑھ گئے۔
\”ہم نے دیکھا کہ مایوگلوبن اور اسٹیم سیلز کو شامل کرنے والے ہائیڈروجیل نے دماغ کے زخمی بافتوں کی مرمت کی ہے۔ ہائیڈروجیل کی ڈیلیوری کے 28 دنوں کے بعد ہونے والے تجزیے سے یہ بات سامنے آئی کہ نئے اسٹیم سیلز کی بقا اور نشوونما میں نمایاں اضافہ ہوا ہے جو کہ صحت مند دماغی کام کے لیے ضروری ہیں، مایوگلوبن کے بغیر ہائیڈروجیل کے مقابلے میں۔ \”پروفیسر پیرش نے کہا۔
\”ہم نے مشاہدہ کیا ہے کہ نئے ٹشو کو صحت مند دماغی بافتوں کی طرح متحرک کیا جا سکتا ہے، جو سٹیم سیل ٹرانسپلانٹس کی طویل مدتی بقا اور انضمام کو حاصل کرنے کے لیے ہائیڈروجیل کے اندر آکسیجن کی ترسیل کو شامل کرنے کے فوائد کا پہلا ثبوت فراہم کرتا ہے۔\”
جانز ہاپکنز یونیورسٹی کے محققین کے مطابق، انسانی دماغ کے خلیوں سے چلنے والا ایک \”بائیو کمپیوٹر\” ہماری زندگی کے اندر تیار کیا جا سکتا ہے، جو اس طرح کی ٹیکنالوجی سے جدید کمپیوٹنگ کی صلاحیتوں کو تیزی سے وسعت دینے اور مطالعے کے نئے شعبے تخلیق کرنے کی توقع رکھتے ہیں۔
ٹیم آج جرنل میں \”آرگنائڈ انٹیلی جنس\” کے لیے اپنے منصوبے کا خاکہ پیش کرتی ہے۔ سائنس میں فرنٹیئرز.
جانز ہاپکنز بلومبرگ سکول آف پبلک ہیلتھ اینڈ وائٹنگ سکول آف انجینئرنگ میں ماحولیاتی صحت سائنسز کے پروفیسر تھامس ہارٹنگ نے کہا، \”کمپیوٹنگ اور مصنوعی ذہانت ٹیکنالوجی کے انقلاب کو آگے بڑھا رہی ہے لیکن وہ ایک حد تک پہنچ رہی ہیں۔\” \”بائیو کمپیوٹنگ کمپیوٹیشنل پاور کو کمپیکٹ کرنے اور ہماری موجودہ تکنیکی حدود کو آگے بڑھانے کے لیے اس کی کارکردگی کو بڑھانے کی ایک بہت بڑی کوشش ہے۔\”
تقریباً دو دہائیوں سے سائنس دانوں نے انسانی یا جانوروں کی جانچ کے بغیر گردوں، پھیپھڑوں اور دیگر اعضاء پر تجربہ کرنے کے لیے چھوٹے آرگنائڈز، لیبارٹری میں تیار کردہ بافتوں کا استعمال کیا ہے جو مکمل طور پر بڑھے ہوئے اعضاء سے مشابہت رکھتے ہیں۔ ابھی حال ہی میں ہارٹنگ اور جانس ہاپکنز کے ساتھی دماغی آرگنائڈز کے ساتھ کام کر رہے ہیں، نیوران اور دیگر خصوصیات کے ساتھ قلم کے نقطے کے سائز کے مدار میں کام کر رہے ہیں جو سیکھنے اور یاد رکھنے جیسے بنیادی افعال کو برقرار رکھنے کا وعدہ کرتے ہیں۔
ہارٹنگ نے کہا کہ \”یہ تحقیق کھولتا ہے کہ انسانی دماغ کیسے کام کرتا ہے۔\” \”کیونکہ آپ نظام میں ہیرا پھیری شروع کر سکتے ہیں، ایسے کام کر سکتے ہیں جو آپ اخلاقی طور پر انسانی دماغ سے نہیں کر سکتے۔\”
ہارٹنگ نے 2012 میں دماغی خلیات کو فنکشنل آرگنائڈز میں اکٹھا کرنا شروع کیا اور انسانی جلد کے نمونوں کے خلیات کو برانن سٹیم سیل جیسی حالت میں دوبارہ پروگرام کیا گیا۔ ہر آرگنائیڈ میں تقریباً 50,000 خلیے ہوتے ہیں، جو کہ پھل کی مکھی کے اعصابی نظام کے سائز کے ہوتے ہیں۔ اب وہ ایسے دماغی آرگنائڈز کے ساتھ مستقبل کا کمپیوٹر بنانے کا تصور کرتا ہے۔
ہارٹنگ نے کہا کہ اس \”حیاتیاتی ہارڈویئر\” پر چلنے والے کمپیوٹرز اگلی دہائی میں سپر کمپیوٹنگ کی توانائی کی کھپت کے مطالبات کو کم کرنا شروع کر سکتے ہیں جو تیزی سے غیر پائیدار ہوتے جا رہے ہیں۔ اگرچہ کمپیوٹرز انسانوں کے مقابلے میں اعداد اور ڈیٹا پر مشتمل حسابات پر تیزی سے عمل کرتے ہیں، دماغ پیچیدہ منطقی فیصلے کرنے میں زیادہ ہوشیار ہوتے ہیں، جیسے کتے کو بلی سے بتانا۔
ہارٹنگ نے کہا کہ \”دماغ اب بھی جدید کمپیوٹرز سے بے مثال ہے۔ فرنٹیئر، کینٹکی میں جدید ترین سپر کمپیوٹر، 600 ملین ڈالر، 6,800 مربع فٹ کی تنصیب ہے۔ صرف پچھلے سال جون میں، یہ پہلی بار کسی ایک انسانی دماغ کی کمپیوٹیشنل صلاحیت سے تجاوز کر گیا — لیکن اس سے دس لاکھ گنا زیادہ استعمال ہو رہا ہے۔ توانائی.\”
ہارٹنگ نے کہا کہ آرگنائڈ انٹیلی جنس سسٹم کو ماؤس کی طرح سمارٹ بنانے میں کئی دہائیاں لگ سکتی ہیں۔ لیکن دماغی آرگنائڈز کی پیداوار کو بڑھا کر اور انہیں مصنوعی ذہانت سے تربیت دے کر، وہ ایک ایسے مستقبل کی پیشین گوئی کرتا ہے جہاں بائیو کمپیوٹرز اعلیٰ کمپیوٹنگ کی رفتار، پروسیسنگ پاور، ڈیٹا کی کارکردگی، اور ذخیرہ کرنے کی صلاحیتوں کی حمایت کرتے ہیں۔
ہارٹنگ نے کہا، \”کسی بھی قسم کے کمپیوٹر کے مقابلے میں کسی چیز کا ہدف حاصل کرنے میں ہمیں کئی دہائیاں لگیں گی۔\” \”لیکن اگر ہم اس کے لیے فنڈنگ پروگرام بنانا شروع نہیں کرتے تو یہ بہت زیادہ مشکل ہو جائے گا۔\”
جانز ہاپکنز کی ماحولیاتی صحت اور انجینئرنگ کی اسسٹنٹ پروفیسر لینا سمرنووا نے کہا کہ آرگنائیڈ انٹیلی جنس نیورو ڈیولپمنٹل عوارض اور نیوروڈیجنریشن کے لیے منشیات کی جانچ کی تحقیق میں بھی انقلاب لا سکتی ہے۔
سمرنوفا نے کہا، \”ہم عام طور پر تیار شدہ عطیہ دہندگان کے دماغی آرگنائڈز کا موازنہ کرنا چاہتے ہیں بمقابلہ آٹزم کے ساتھ عطیہ دہندگان کے دماغ کے آرگنائڈز\”۔ \”جو ٹولز ہم بائیولوجیکل کمپیوٹنگ کے لیے تیار کر رہے ہیں وہی ٹولز ہیں جو ہمیں جانوروں کو استعمال کیے بغیر یا مریضوں تک رسائی کیے بغیر، آٹزم کے لیے مخصوص نیورونل نیٹ ورکس میں ہونے والی تبدیلیوں کو سمجھنے کی اجازت دیں گے، اس لیے ہم ان بنیادی میکانزم کو سمجھ سکتے ہیں کہ مریضوں کو یہ ادراک کیوں ہوتا ہے۔ مسائل اور خرابیاں۔\”
آرگنائڈ انٹیلی جنس کے ساتھ کام کرنے کے اخلاقی مضمرات کا اندازہ لگانے کے لیے، سائنسدانوں، حیاتیاتی ماہرین اور عوام کے اراکین کا ایک متنوع کنسورشیم ٹیم کے اندر شامل کیا گیا ہے۔
جانز ہاپکنز کے مصنفین میں شامل ہیں: برائن ایس کیفو، ڈیوڈ ایچ گراسیا، کیو ہوانگ، اٹزی ای مورالس پینٹوجا، بوہاؤ تانگ، ڈونلڈ جے زیک، سنتھیا اے برلینیک، جے لوماکس بوائیڈ، ٹموتھی ڈی ہیرس، ایرک سی جانسن، جیفری کاہن، بارٹن ایل پالہمس، جیسی پلاٹکن، الیگزینڈر ایس زالے، جوشوا ٹی ووگلسٹین، اور پال ایف ورلی۔
دیگر مصنفین میں شامل ہیں: بریٹ جے کاگن، کورٹیکل لیبز کے؛ ایلیسن آر. موتری، یونیورسٹی آف کیلیفورنیا سان ڈیاگو کے؛ اور یونیورسٹی آف لکسمبرگ کے جینس سی شومبورن۔
جانز ہاپکنز یونیورسٹی کے محققین کے مطابق، انسانی دماغ کے خلیوں سے چلنے والا ایک \”بائیو کمپیوٹر\” ہماری زندگی کے اندر تیار کیا جا سکتا ہے، جو اس طرح کی ٹیکنالوجی سے جدید کمپیوٹنگ کی صلاحیتوں کو تیزی سے وسعت دینے اور مطالعے کے نئے شعبے تخلیق کرنے کی توقع رکھتے ہیں۔
ٹیم آج جرنل میں \”آرگنائڈ انٹیلی جنس\” کے لیے اپنے منصوبے کا خاکہ پیش کرتی ہے۔ سائنس میں فرنٹیئرز.
جانز ہاپکنز بلومبرگ سکول آف پبلک ہیلتھ اینڈ وائٹنگ سکول آف انجینئرنگ میں ماحولیاتی صحت سائنسز کے پروفیسر تھامس ہارٹنگ نے کہا، \”کمپیوٹنگ اور مصنوعی ذہانت ٹیکنالوجی کے انقلاب کو آگے بڑھا رہی ہے لیکن وہ ایک حد تک پہنچ رہی ہیں۔\” \”بائیو کمپیوٹنگ کمپیوٹیشنل پاور کو کمپیکٹ کرنے اور ہماری موجودہ تکنیکی حدود کو آگے بڑھانے کے لیے اس کی کارکردگی کو بڑھانے کی ایک بہت بڑی کوشش ہے۔\”
تقریباً دو دہائیوں سے سائنس دانوں نے انسانی یا جانوروں کی جانچ کے بغیر گردوں، پھیپھڑوں اور دیگر اعضاء پر تجربہ کرنے کے لیے چھوٹے آرگنائڈز، لیبارٹری میں تیار کردہ بافتوں کا استعمال کیا ہے جو مکمل طور پر بڑھے ہوئے اعضاء سے مشابہت رکھتے ہیں۔ ابھی حال ہی میں ہارٹنگ اور جانس ہاپکنز کے ساتھی دماغی آرگنائڈز کے ساتھ کام کر رہے ہیں، نیوران اور دیگر خصوصیات کے ساتھ قلم کے نقطے کے سائز کے مدار میں کام کر رہے ہیں جو سیکھنے اور یاد رکھنے جیسے بنیادی افعال کو برقرار رکھنے کا وعدہ کرتے ہیں۔
ہارٹنگ نے کہا کہ \”یہ تحقیق کھولتا ہے کہ انسانی دماغ کیسے کام کرتا ہے۔\” \”کیونکہ آپ نظام میں ہیرا پھیری شروع کر سکتے ہیں، ایسے کام کر سکتے ہیں جو آپ اخلاقی طور پر انسانی دماغ سے نہیں کر سکتے۔\”
ہارٹنگ نے 2012 میں دماغی خلیات کو فنکشنل آرگنائڈز میں اکٹھا کرنا شروع کیا اور انسانی جلد کے نمونوں کے خلیات کو برانن سٹیم سیل جیسی حالت میں دوبارہ پروگرام کیا گیا۔ ہر آرگنائیڈ میں تقریباً 50,000 خلیے ہوتے ہیں، جو کہ پھل کی مکھی کے اعصابی نظام کے سائز کے ہوتے ہیں۔ اب وہ ایسے دماغی آرگنائڈز کے ساتھ مستقبل کا کمپیوٹر بنانے کا تصور کرتا ہے۔
ہارٹنگ نے کہا کہ اس \”حیاتیاتی ہارڈویئر\” پر چلنے والے کمپیوٹرز اگلی دہائی میں سپر کمپیوٹنگ کی توانائی کی کھپت کے مطالبات کو کم کرنا شروع کر سکتے ہیں جو تیزی سے غیر پائیدار ہوتے جا رہے ہیں۔ اگرچہ کمپیوٹرز انسانوں کے مقابلے میں اعداد اور ڈیٹا پر مشتمل حسابات پر تیزی سے عمل کرتے ہیں، دماغ پیچیدہ منطقی فیصلے کرنے میں زیادہ ہوشیار ہوتے ہیں، جیسے کتے کو بلی سے بتانا۔
ہارٹنگ نے کہا کہ \”دماغ اب بھی جدید کمپیوٹرز سے بے مثال ہے۔ فرنٹیئر، کینٹکی میں جدید ترین سپر کمپیوٹر، 600 ملین ڈالر، 6,800 مربع فٹ کی تنصیب ہے۔ صرف پچھلے سال جون میں، یہ پہلی بار کسی ایک انسانی دماغ کی کمپیوٹیشنل صلاحیت سے تجاوز کر گیا — لیکن اس سے دس لاکھ گنا زیادہ استعمال ہو رہا ہے۔ توانائی.\”
ہارٹنگ نے کہا کہ آرگنائڈ انٹیلی جنس سسٹم کو ماؤس کی طرح سمارٹ بنانے میں کئی دہائیاں لگ سکتی ہیں۔ لیکن دماغی آرگنائڈز کی پیداوار کو بڑھا کر اور انہیں مصنوعی ذہانت سے تربیت دے کر، وہ ایک ایسے مستقبل کی پیشین گوئی کرتا ہے جہاں بائیو کمپیوٹرز اعلیٰ کمپیوٹنگ کی رفتار، پروسیسنگ پاور، ڈیٹا کی کارکردگی، اور ذخیرہ کرنے کی صلاحیتوں کی حمایت کرتے ہیں۔
ہارٹنگ نے کہا، \”کسی بھی قسم کے کمپیوٹر کے مقابلے میں کسی چیز کا ہدف حاصل کرنے میں ہمیں کئی دہائیاں لگیں گی۔\” \”لیکن اگر ہم اس کے لیے فنڈنگ پروگرام بنانا شروع نہیں کرتے تو یہ بہت زیادہ مشکل ہو جائے گا۔\”
جانز ہاپکنز کی ماحولیاتی صحت اور انجینئرنگ کی اسسٹنٹ پروفیسر لینا سمرنووا نے کہا کہ آرگنائیڈ انٹیلی جنس نیورو ڈیولپمنٹل عوارض اور نیوروڈیجنریشن کے لیے منشیات کی جانچ کی تحقیق میں بھی انقلاب لا سکتی ہے۔
سمرنوفا نے کہا، \”ہم عام طور پر تیار شدہ عطیہ دہندگان کے دماغی آرگنائڈز کا موازنہ کرنا چاہتے ہیں بمقابلہ آٹزم کے ساتھ عطیہ دہندگان کے دماغ کے آرگنائڈز\”۔ \”جو ٹولز ہم بائیولوجیکل کمپیوٹنگ کے لیے تیار کر رہے ہیں وہی ٹولز ہیں جو ہمیں جانوروں کو استعمال کیے بغیر یا مریضوں تک رسائی کیے بغیر، آٹزم کے لیے مخصوص نیورونل نیٹ ورکس میں ہونے والی تبدیلیوں کو سمجھنے کی اجازت دیں گے، اس لیے ہم ان بنیادی میکانزم کو سمجھ سکتے ہیں کہ مریضوں کو یہ ادراک کیوں ہوتا ہے۔ مسائل اور خرابیاں۔\”
آرگنائڈ انٹیلی جنس کے ساتھ کام کرنے کے اخلاقی مضمرات کا اندازہ لگانے کے لیے، سائنسدانوں، حیاتیاتی ماہرین اور عوام کے اراکین کا ایک متنوع کنسورشیم ٹیم کے اندر شامل کیا گیا ہے۔
جانز ہاپکنز کے مصنفین میں شامل ہیں: برائن ایس کیفو، ڈیوڈ ایچ گراسیا، کیو ہوانگ، اٹزی ای مورالس پینٹوجا، بوہاؤ تانگ، ڈونلڈ جے زیک، سنتھیا اے برلینیک، جے لوماکس بوائیڈ، ٹموتھی ڈی ہیرس، ایرک سی جانسن، جیفری کاہن، بارٹن ایل پالہمس، جیسی پلاٹکن، الیگزینڈر ایس زالے، جوشوا ٹی ووگلسٹین، اور پال ایف ورلی۔
دیگر مصنفین میں شامل ہیں: بریٹ جے کاگن، کورٹیکل لیبز کے؛ ایلیسن آر. موتری، یونیورسٹی آف کیلیفورنیا سان ڈیاگو کے؛ اور یونیورسٹی آف لکسمبرگ کے جینس سی شومبورن۔
جانز ہاپکنز یونیورسٹی کے محققین کے مطابق، انسانی دماغ کے خلیوں سے چلنے والا ایک \”بائیو کمپیوٹر\” ہماری زندگی کے اندر تیار کیا جا سکتا ہے، جو اس طرح کی ٹیکنالوجی سے جدید کمپیوٹنگ کی صلاحیتوں کو تیزی سے وسعت دینے اور مطالعے کے نئے شعبے تخلیق کرنے کی توقع رکھتے ہیں۔
ٹیم آج جرنل میں \”آرگنائڈ انٹیلی جنس\” کے لیے اپنے منصوبے کا خاکہ پیش کرتی ہے۔ سائنس میں فرنٹیئرز.
جانز ہاپکنز بلومبرگ سکول آف پبلک ہیلتھ اینڈ وائٹنگ سکول آف انجینئرنگ میں ماحولیاتی صحت سائنسز کے پروفیسر تھامس ہارٹنگ نے کہا، \”کمپیوٹنگ اور مصنوعی ذہانت ٹیکنالوجی کے انقلاب کو آگے بڑھا رہی ہے لیکن وہ ایک حد تک پہنچ رہی ہیں۔\” \”بائیو کمپیوٹنگ کمپیوٹیشنل پاور کو کمپیکٹ کرنے اور ہماری موجودہ تکنیکی حدود کو آگے بڑھانے کے لیے اس کی کارکردگی کو بڑھانے کی ایک بہت بڑی کوشش ہے۔\”
تقریباً دو دہائیوں سے سائنس دانوں نے انسانی یا جانوروں کی جانچ کے بغیر گردوں، پھیپھڑوں اور دیگر اعضاء پر تجربہ کرنے کے لیے چھوٹے آرگنائڈز، لیبارٹری میں تیار کردہ بافتوں کا استعمال کیا ہے جو مکمل طور پر بڑھے ہوئے اعضاء سے مشابہت رکھتے ہیں۔ ابھی حال ہی میں ہارٹنگ اور جانس ہاپکنز کے ساتھی دماغی آرگنائڈز کے ساتھ کام کر رہے ہیں، نیوران اور دیگر خصوصیات کے ساتھ قلم کے نقطے کے سائز کے مدار میں کام کر رہے ہیں جو سیکھنے اور یاد رکھنے جیسے بنیادی افعال کو برقرار رکھنے کا وعدہ کرتے ہیں۔
ہارٹنگ نے کہا کہ \”یہ تحقیق کھولتا ہے کہ انسانی دماغ کیسے کام کرتا ہے۔\” \”کیونکہ آپ نظام میں ہیرا پھیری شروع کر سکتے ہیں، ایسے کام کر سکتے ہیں جو آپ اخلاقی طور پر انسانی دماغ سے نہیں کر سکتے۔\”
ہارٹنگ نے 2012 میں دماغی خلیات کو فنکشنل آرگنائڈز میں اکٹھا کرنا شروع کیا اور انسانی جلد کے نمونوں کے خلیات کو برانن سٹیم سیل جیسی حالت میں دوبارہ پروگرام کیا گیا۔ ہر آرگنائیڈ میں تقریباً 50,000 خلیے ہوتے ہیں، جو کہ پھل کی مکھی کے اعصابی نظام کے سائز کے ہوتے ہیں۔ اب وہ ایسے دماغی آرگنائڈز کے ساتھ مستقبل کا کمپیوٹر بنانے کا تصور کرتا ہے۔
ہارٹنگ نے کہا کہ اس \”حیاتیاتی ہارڈویئر\” پر چلنے والے کمپیوٹرز اگلی دہائی میں سپر کمپیوٹنگ کی توانائی کی کھپت کے مطالبات کو کم کرنا شروع کر سکتے ہیں جو تیزی سے غیر پائیدار ہوتے جا رہے ہیں۔ اگرچہ کمپیوٹرز انسانوں کے مقابلے میں اعداد اور ڈیٹا پر مشتمل حسابات پر تیزی سے عمل کرتے ہیں، دماغ پیچیدہ منطقی فیصلے کرنے میں زیادہ ہوشیار ہوتے ہیں، جیسے کتے کو بلی سے بتانا۔
ہارٹنگ نے کہا کہ \”دماغ اب بھی جدید کمپیوٹرز سے بے مثال ہے۔ فرنٹیئر، کینٹکی میں جدید ترین سپر کمپیوٹر، 600 ملین ڈالر، 6,800 مربع فٹ کی تنصیب ہے۔ صرف پچھلے سال جون میں، یہ پہلی بار کسی ایک انسانی دماغ کی کمپیوٹیشنل صلاحیت سے تجاوز کر گیا — لیکن اس سے دس لاکھ گنا زیادہ استعمال ہو رہا ہے۔ توانائی.\”
ہارٹنگ نے کہا کہ آرگنائڈ انٹیلی جنس سسٹم کو ماؤس کی طرح سمارٹ بنانے میں کئی دہائیاں لگ سکتی ہیں۔ لیکن دماغی آرگنائڈز کی پیداوار کو بڑھا کر اور انہیں مصنوعی ذہانت سے تربیت دے کر، وہ ایک ایسے مستقبل کی پیشین گوئی کرتا ہے جہاں بائیو کمپیوٹرز اعلیٰ کمپیوٹنگ کی رفتار، پروسیسنگ پاور، ڈیٹا کی کارکردگی، اور ذخیرہ کرنے کی صلاحیتوں کی حمایت کرتے ہیں۔
ہارٹنگ نے کہا، \”کسی بھی قسم کے کمپیوٹر کے مقابلے میں کسی چیز کا ہدف حاصل کرنے میں ہمیں کئی دہائیاں لگیں گی۔\” \”لیکن اگر ہم اس کے لیے فنڈنگ پروگرام بنانا شروع نہیں کرتے تو یہ بہت زیادہ مشکل ہو جائے گا۔\”
جانز ہاپکنز کی ماحولیاتی صحت اور انجینئرنگ کی اسسٹنٹ پروفیسر لینا سمرنووا نے کہا کہ آرگنائیڈ انٹیلی جنس نیورو ڈیولپمنٹل عوارض اور نیوروڈیجنریشن کے لیے منشیات کی جانچ کی تحقیق میں بھی انقلاب لا سکتی ہے۔
سمرنوفا نے کہا، \”ہم عام طور پر تیار شدہ عطیہ دہندگان کے دماغی آرگنائڈز کا موازنہ کرنا چاہتے ہیں بمقابلہ آٹزم کے ساتھ عطیہ دہندگان کے دماغ کے آرگنائڈز\”۔ \”جو ٹولز ہم بائیولوجیکل کمپیوٹنگ کے لیے تیار کر رہے ہیں وہی ٹولز ہیں جو ہمیں جانوروں کو استعمال کیے بغیر یا مریضوں تک رسائی کیے بغیر، آٹزم کے لیے مخصوص نیورونل نیٹ ورکس میں ہونے والی تبدیلیوں کو سمجھنے کی اجازت دیں گے، اس لیے ہم ان بنیادی میکانزم کو سمجھ سکتے ہیں کہ مریضوں کو یہ ادراک کیوں ہوتا ہے۔ مسائل اور خرابیاں۔\”
آرگنائڈ انٹیلی جنس کے ساتھ کام کرنے کے اخلاقی مضمرات کا اندازہ لگانے کے لیے، سائنسدانوں، حیاتیاتی ماہرین اور عوام کے اراکین کا ایک متنوع کنسورشیم ٹیم کے اندر شامل کیا گیا ہے۔
جانز ہاپکنز کے مصنفین میں شامل ہیں: برائن ایس کیفو، ڈیوڈ ایچ گراسیا، کیو ہوانگ، اٹزی ای مورالس پینٹوجا، بوہاؤ تانگ، ڈونلڈ جے زیک، سنتھیا اے برلینیک، جے لوماکس بوائیڈ، ٹموتھی ڈی ہیرس، ایرک سی جانسن، جیفری کاہن، بارٹن ایل پالہمس، جیسی پلاٹکن، الیگزینڈر ایس زالے، جوشوا ٹی ووگلسٹین، اور پال ایف ورلی۔
دیگر مصنفین میں شامل ہیں: بریٹ جے کاگن، کورٹیکل لیبز کے؛ ایلیسن آر. موتری، یونیورسٹی آف کیلیفورنیا سان ڈیاگو کے؛ اور یونیورسٹی آف لکسمبرگ کے جینس سی شومبورن۔
سائنس دانوں نے آزادانہ طور پر حرکت کرنے والے آکٹوپس سے دماغی سرگرمی کو کامیابی کے ساتھ ریکارڈ کیا ہے، یہ ایک ایسا کارنامہ ہے جو الیکٹروڈز اور ڈیٹا لاگر کو براہ راست مخلوقات میں لگا کر ممکن ہوا ہے۔
یہ مطالعہ آن لائن شائع ہوا۔ موجودہ حیاتیات 23 فروری، یہ معلوم کرنے میں ایک اہم قدم ہے کہ آکٹوپس کے دماغ کس طرح اپنے رویے کو کنٹرول کرتے ہیں، اور انٹیلی جنس اور ادراک کے وقوع پذیر ہونے کے لیے درکار مشترکہ اصولوں کا سراغ فراہم کر سکتے ہیں۔
\”اگر ہم یہ سمجھنا چاہتے ہیں کہ دماغ کیسے کام کرتا ہے، تو آکٹوپس ممالیہ جانوروں کے مقابلے میں مطالعہ کرنے کے لیے بہترین جانور ہیں۔ ان کا دماغ بڑا، حیرت انگیز طور پر منفرد جسم، اور جدید علمی صلاحیتیں ہیں جو فقاری جانوروں سے بالکل مختلف طریقے سے تیار ہوئی ہیں۔\” اوکیناوا انسٹی ٹیوٹ آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (OIST) میں طبیعیات اور حیاتیات یونٹ میں پہلے مصنف اور سابق پوسٹ ڈاکٹرل محقق ڈاکٹر تمر گٹنک نے کہا۔
لیکن آکٹوپس کی دماغی لہروں کی پیمائش کرنا ایک حقیقی تکنیکی چیلنج ثابت ہوا ہے۔ کشیرکا جانوروں کے برعکس، آکٹوپس نرم جسم والے ہوتے ہیں، اس لیے ان کے پاس کوئی کھوپڑی نہیں ہوتی کہ وہ ریکارڈنگ کے آلات کو اس پر لنگر انداز کر سکیں، تاکہ اسے ہٹایا جا سکے۔
ڈاکٹر گٹنک نے کہا، \”آکٹوپس کے آٹھ طاقتور اور انتہائی لچکدار بازو ہوتے ہیں، جو ان کے جسم پر کسی بھی جگہ تک پہنچ سکتے ہیں۔\” \”اگر ہم نے ان کے ساتھ تاریں جوڑنے کی کوشش کی تو وہ فوراً پھٹ جائیں گے، اس لیے ہمیں آلات کو ان کی جلد کے نیچے رکھ کر، ان کی پہنچ سے مکمل طور پر دور کرنے کا ایک طریقہ درکار ہے۔\”
محققین نے حل کے طور پر چھوٹے اور ہلکے وزن والے ڈیٹا لاگرز کو حل کیا، جو اصل میں پرواز کے دوران پرندوں کی دماغی سرگرمی کو ٹریک کرنے کے لیے ڈیزائن کیے گئے تھے۔ ٹیم نے آلات کو واٹر پروف بنانے کے لیے ڈھال لیا، لیکن پھر بھی وہ اتنے چھوٹے ہیں کہ آکٹوپس کے اندر آسانی سے فٹ ہو جائیں۔ بیٹریاں، جنہیں کم ہوا والے ماحول میں کام کرنے کی ضرورت تھی، 12 گھنٹے تک مسلسل ریکارڈنگ کی اجازت دیتی ہے۔
محققین نے انتخاب کیا۔ آکٹوپس سیانا, زیادہ عام طور پر دن آکٹوپس کے طور پر جانا جاتا ہے، ان کے ماڈل جانور کے طور پر، اس کے بڑے سائز کی وجہ سے. انہوں نے تین آکٹوپس کو بے ہوشی کی اور ایک لاگر کو مینٹل کی پٹھوں کی دیوار میں ایک گہا میں لگایا۔ اس کے بعد سائنسدانوں نے الیکٹروڈز کو آکٹوپس کے دماغ کے ایک حصے میں لگایا جسے عمودی لاب اور میڈین سپریئر فرنٹل لاب کہا جاتا ہے، جو سب سے زیادہ قابل رسائی علاقہ ہے۔ دماغ کا یہ خطہ بصری سیکھنے اور یادداشت کے لیے بھی اہم سمجھا جاتا ہے، جو دماغی عمل ہیں جن کو سمجھنے میں ڈاکٹر گٹنک خاص طور پر دلچسپی رکھتے ہیں۔
سرجری مکمل ہونے کے بعد، آکٹوپس کو ان کے گھر کے ٹینک میں واپس لایا گیا اور ویڈیو کے ذریعے ان کی نگرانی کی گئی۔ پانچ منٹ کے بعد، آکٹوپس صحت یاب ہو گئے اور اگلے 12 گھنٹے سوتے، کھاتے اور اپنے ٹینک کے گرد گھومتے ہوئے گزارے، کیونکہ ان کی دماغی سرگرمی ریکارڈ کی گئی تھی۔ اس کے بعد لاگر اور الیکٹروڈ کو آکٹوپس سے ہٹا دیا گیا، اور ڈیٹا کو ویڈیو کے ساتھ ہم آہنگ کیا گیا۔
محققین نے دماغی سرگرمیوں کے کئی الگ الگ نمونوں کی نشاندہی کی، جن میں سے کچھ سائز اور شکل میں ممالیہ جانوروں میں دیکھے جانے والوں سے ملتے جلتے تھے، جب کہ دیگر بہت دیرپا، سست دوغلے تھے جن کا پہلے بیان نہیں کیا گیا تھا۔
محققین ابھی تک دماغی سرگرمیوں کے ان نمونوں کو ویڈیوز کے مخصوص طرز عمل سے جوڑنے کے قابل نہیں تھے۔ تاہم، یہ مکمل طور پر حیران کن نہیں ہے، ڈاکٹر گٹنک نے وضاحت کی، کیونکہ انہیں جانوروں سے مخصوص سیکھنے کے کام کرنے کی ضرورت نہیں تھی۔
\”یہ ایک ایسا شعبہ ہے جو سیکھنے اور یادداشت سے وابستہ ہے، اس لیے اس سرکٹ کو دریافت کرنے کے لیے، ہمیں واقعی آکٹوپس کے ساتھ بار بار یادداشت کے کام کرنے کی ضرورت ہے۔ یہ وہ چیز ہے جسے ہم بہت جلد کرنے کی امید کر رہے ہیں!\”
محققین کا یہ بھی ماننا ہے کہ آزادانہ طور پر حرکت کرنے والے آکٹوپس سے دماغی سرگرمی کو ریکارڈ کرنے کا یہ طریقہ آکٹوپس کی دوسری نسلوں میں استعمال کیا جا سکتا ہے اور یہ آکٹوپس کے ادراک کے بہت سے دوسرے شعبوں میں سوالات کو حل کرنے میں مدد دے سکتا ہے، بشمول وہ اپنے جسم اور بازوؤں کی حرکت کو کیسے سیکھتے ہیں، سماجی بناتے ہیں اور کنٹرول کرتے ہیں۔ .
\”یہ واقعی ایک اہم مطالعہ ہے، لیکن یہ صرف پہلا قدم ہے،\” پروفیسر مائیکل کوبا نے کہا، جنہوں نے OIST فزکس اینڈ بائیولوجی یونٹ میں اس پروجیکٹ کی قیادت کی اور اب نیپلز فیڈریکو II یونیورسٹی میں جاری ہے۔ \”آکٹوپس بہت ہوشیار ہیں، لیکن اس وقت، ہم ان کے دماغ کے کام کرنے کے بارے میں بہت کم جانتے ہیں۔ اس تکنیک کا مطلب ہے کہ اب ہمارے پاس ان کے دماغ میں جھانکنے کی صلاحیت ہے جب وہ مخصوص کام کر رہے ہیں۔ یہ واقعی دلچسپ اور طاقتور ہے۔\”
اس مطالعہ میں جاپان، اٹلی، جرمنی، یوکرین اور سوئٹزرلینڈ کے محققین کے درمیان بین الاقوامی تعاون شامل تھا۔
Before surgery, a metal frame was attached to Harry Forestell’s head to keep it still during an MRI scan. During surgery, the frame was bolted to the surgical table. (Submitted by Harry Forestell)
This First Person article is written by Harry Forestell, host of CBC News New Brunswick at Six, who draws upon his experiences with Parkinson\’s disease.
My latest party trick is a real attention grabber.
It\’s a vivid illustration of the before and after effects of my recent treatment for Parkinson\’s disease. Proof of just how much a little poking around in the brain can achieve.
The treatment is called deep brain stimulation (DBS). It involves implanting thin electrodes into the brain where they emit tiny electrical pulses. Those pulses, applied continuously to just the right section of grey matter, stimulate centres in the brain that control signals sent to your muscles. In the basal ganglia, the engine house of the brain, signals are sent to the body ordering everything from speaking, to swallowing, to walking and touching. When those signals don\’t get through, or when the instructions get scrambled, the body\’s reaction can be cruel. Hands tremble uncontrollably, legs shake, walking becomes increasingly difficult, even swallowing is a challenge.
These are all early symptoms of Parkinson\’s disease and the list is by no means exhaustive.
Parkinson\’s is considered a chronic but not fatal disease. As neurologists will often explain, you will die with Parkinson\’s, not from Parkinson\’s. While true, it doesn\’t really capture the creeping, insidious progress of the disease as it deprives victims of the ability to control their own bodies.
Medical stories like this have always been a source of fascination for me. I worked for several years as a medicine and science reporter, covering stories that included the panic over mad cow disease in the U.K. I produced radio features on brain development and decay.
Little did I know that I eventually would be reporting on my own brain malady.
A shock of a diagnosis, and a relief
The day my diagnosis of Parkinson\’s disease was officially confirmed came as much of a relief as a shock.
It was 2015 and for the previous two years, my wife Jenny and I had been careering back and forth between hope and despair. My Fredericton neurologist, Dr. Eva Pniak, a patient and persevering soul, suspected Parkinson\’s, but suggested the problems I experienced walking and with my tremoring hands could also be explained by a modestly more benign condition called essential tremor.
These are just some of the drugs used to control Parkinson\’s disease. While levodopa is initially the most effective medication, it produces side effects that require other drugs that produce their own side effects. (Harry Forestell/CBC)
She referred me to a specialist in Toronto where the diagnosis was conclusive.
At 53, I had Parkinson\’s.
From leaping out of a tree to dancing the tango, very little happens in the body without first being ordered by the basal ganglia. Those orders are sent at the speed of light through nerve networks with the help of a neurotransmitter called dopamine. It is the as-yet unexplained decline in the brain\’s dopamine-producing cells that leads to movement disorders like Parkinson\’s.
It\’s a simple equation: no dopamine, no movement.
With Parkinson\’s, those dopamine cells start quietly dying off years before symptoms first appear. Scientists aren\’t certain why this happens, or why the process cannot be stopped or slowed.
Doctors can replace some of the lost dopamine with a medication called levodopa, but it causes a side effect known as dyskinesia — sudden uncontrolled muscle movements in the arms and upper body that create a writhing, torquing motion. As doctors increase doses of levodopa to stave off Parkinson\’s tremors, dyskinesia increases.
The payoff is in quality of life for patients
Neurologists have been experimenting with DBS to treat Parkinson\’s and other movement disorders for nearly 40 years. In 1997, the U.S.-based Food and Drug Administration approved DBS to treat Parkinson\’s disease.
Why not more? The simple reason is that it is a treatment involving intricate brain surgery by highly specialized surgical teams and requiring considerable aftercare.
WATCH | How deep brain stimulation can help overcome debilitating effects of Parkinson\’s:
See the almost instantaneous effects of deep brain stimulation for Parkinson’s disease treatment
Harry Forestell shows how DBS therapy can work in daily life — and demonstrates what happens when he turns it off.
\”The surgical expertise is extremely important,\” he said.
\”You have to have a surgeon that knows how to do the procedure and knows how to put the electrodes in the right spot. But then after the surgery, you need an expertise in doing all of the programming and adjusting the stimulators and also adjusting the medication doses which typically change after the operation,\” he said.
\”So it\’s a very complicated procedure that requires a team and it\’s the neurologist and the nurses after the surgery that are doing a great deal of the work in optimizing the responses.\”
It is a procedure, Lang points out, that requires support from provincial governments. The payoff is a treatment that can offer major improvements in quality of life for Parkinson\’s patients.
\”The Ontario government has appreciated the importance,\” said Lang, adding he feels lucky to have a team of expert neurosurgeons, neurologists, nurses and others to support patients.
\”The government recognized the importance of this technique and have provided what\’s called volume-based funding to allow us to operate on a much larger number than most centres.\”
My own experience is a vivid illustration of the relief DBS can bring to some Parkinson\’s patients.
Holes in my head
I entered Toronto Western Hospital on Sept. 30, 2022 with an idea of what was going to happen, but no real appreciation of what it would feel or sound like.
A metal structure was bolted to Forestell\’s skull prior to surgery at Toronto Western Hospital in September. (Harry Forestell/CBC)
I knew at some point before the end of the day someone was going to drill a hole in my head. At least one hole. Maybe two.
I was forewarned by reliable parties that the sound of that drilling would be akin to an airplane taking off. More like Concorde taking off inside my head!
Before surgery I had a metal structure bolted to my skull, not unlike the square lightshade at the top of a lamppost.
This was meant to hold my head steady during the MRI scan and throughout the more delicate procedure of skewering my brain without damaging the useful bits.
In the surgical suite there was a bustle of activity as half a dozen surgeons and nursing staff prepared for the procedure. My head head frame was bolted to the surgical table, and plastic sheets were draped over me to create an antiseptic site for the skull opening.
The drilling of two nickel-sized holes in my skull was every bit as loud as I had been warned. But no pain, just a feeling of pressure.
\”Somewhere in the middle of all this is me, wide awake,” says Forestell. The clear plastic barrier divides the room into sterile and non-sterile zones. (Submitted by Harry Forestell)
In the back of the suite, a cluster of medical IT specialists sat in front of computer screens ready to track and to provide feedback and directions as to where the probes needed to go in my brain.
I know all of this because I was awake — wide awake — for the duration of the six-hour long surgery. I have spent plenty of time around hospitals, both as a patient and as the c
hild of a hospital worker. I\’ve covered many medical stories as a reporter. So rather than fear, the prospect of this procedure filled me with curiosity. How would it feel? What would it change? Would it work?
A strange experience indeed
The surgical suite hummed with the normal hubbub of a workplace. The surgeons and I kept up an amiable conversation as I asked questions about what was happening. In the background, a steady staccato, like the noise of a Geiger counter, attested to the continuing activity in my brain.
Clicks coming through a loudspeaker amplified the activity of each busy cell.
It was a strange experience to have someone rooting through your brain.
A closer look at how the surgeons implant the sensors on Forestell’s brain that will eventually provide the electrical impulses to help override some of the physical symptoms of Parkinson\’s. (Submitted by Harry Forestell)
There was no feeling to it as the brain has no pain sensors. But as the probes slid into place, there were tell-tale signs that gave away what was happening — most commonly a tingling feeling in an arm or leg — as the surgeons carefully threaded the electrodes through my brain to reach the basal ganglia.
Along the way they asked me whether I could recite the days of the week, the months of the year backwards skipping every second month, and the progression of prime numbers to the fifth integer.
Once the probes were in place, it was time to install the wiring and other hardware. For this part of the surgery, anesthetic was required and I was put soundly to sleep. Both probes are attached to wires that are threaded through the skull and under the skin behind the ear, down the neck, over the clavicle and finally are plugged into a battery-operated pulse generator — similar to a pacemaker — that sits just under the skin of the chest. While the surgery involves all the usual risks of infection, hemorrhage, stroke and heart attack, side effects are rare.
A shocking conclusion
So, does it work?
Well, you can see the party trick I\’ve been boasting about in the video above. You be the judge.
Here is how it works.
Once the electrodes have been implanted in the brain, their ability to deliver the required electrical stimulation is controlled by a pulse transmitter and an adapted cellphone.
Forestell one week post-operation. Aside from what he describes as a terrible haircut, the only sign of surgical intervention is the ‘railway track’ of staples closing the wound. The procedure took less than 48 hours from hospital check-in to discharge. (Harry Forestell/CBC)
The cellphone carries an app that controls the frequency of the electrical stimulation of the basal ganglia. The stimulator is set to discharge regular electrical pulses day and night that miraculously override or disrupt the scrambled neural instructions that are a Parkinson\’s hallmark.
Suddenly I am able to walk normally. There are no tremors. The annoying signs of dyskinesia — those involuntary movements I described above — seem to disappear.
WATCH | In September 2022, before undergoing DBS, Harry Forestell described to his audiences what he was undertaking:
Harry Forestell opens up about the next stage in his treatment for Parkinson\’s
The host of CBC New Brunswick News at 6 speaks with Rachel Cave about how deep brain stimulation is expected to help him deal with his Parkinson\’s disease diagnosis.
Regaining control of motor functions is nothing short of a miracle, but it will not work for every Parkinson\’s patient. Those with other conditions are not suited for DBS. It alleviates motor symptoms most successfully among those who respond well to levodopa. Where it is successful in those cases, it means a decrease in that drug and its side effects.
I have been able to cut my medication in half and I recently
returned to work after four months away. I sleep soundly and, while I still tire easily, my mood has brightened.
Parkinson\’s disease will continue to dog my life. DBS may allow me another 10 or 15 years without disabling tremors, though they will probably return at some point as they continue to grow in intensity. There are other insidious effects of Parkinson\’s that are not affected by DBS.
But for the time being, it is as though the disease is caged.
On a leash.
I can hear it barking, but for now at least, it can\’t bite me.
Do you have a compelling personal story that can bring understanding or help others? Here\’s more info on how to pitch to us.
Before surgery, a metal frame was attached to Harry Forestell’s head to keep it still during an MRI scan. During surgery, the frame was bolted to the surgical table. (Submitted by Harry Forestell)
This First Person article is written by Harry Forestell, host of CBC News New Brunswick at Six, who draws upon his experiences with Parkinson\’s disease.
My latest party trick is a real attention grabber.
It\’s a vivid illustration of the before and after effects of my recent treatment for Parkinson\’s disease. Proof of just how much a little poking around in the brain can achieve.
The treatment is called deep brain stimulation (DBS). It involves implanting thin electrodes into the brain where they emit tiny electrical pulses. Those pulses, applied continuously to just the right section of grey matter, stimulate centres in the brain that control signals sent to your muscles. In the basal ganglia, the engine house of the brain, signals are sent to the body ordering everything from speaking, to swallowing, to walking and touching. When those signals don\’t get through, or when the instructions get scrambled, the body\’s reaction can be cruel. Hands tremble uncontrollably, legs shake, walking becomes increasingly difficult, even swallowing is a challenge.
These are all early symptoms of Parkinson\’s disease and the list is by no means exhaustive.
Parkinson\’s is considered a chronic but not fatal disease. As neurologists will often explain, you will die with Parkinson\’s, not from Parkinson\’s. While true, it doesn\’t really capture the creeping, insidious progress of the disease as it deprives victims of the ability to control their own bodies.
Medical stories like this have always been a source of fascination for me. I worked for several years as a medicine and science reporter, covering stories that included the panic over mad cow disease in the U.K. I produced radio features on brain development and decay.
Little did I know that I eventually would be reporting on my own brain malady.
A shock of a diagnosis, and a relief
The day my diagnosis of Parkinson\’s disease was officially confirmed came as much of a relief as a shock.
It was 2015 and for the previous two years, my wife Jenny and I had been careering back and forth between hope and despair. My Fredericton neurologist, Dr. Eva Pniak, a patient and persevering soul, suspected Parkinson\’s, but suggested the problems I experienced walking and with my tremoring hands could also be explained by a modestly more benign condition called essential tremor.
These are just some of the drugs used to control Parkinson\’s disease. While levodopa is initially the most effective medication, it produces side effects that require other drugs that produce their own side effects. (Harry Forestell/CBC)
She referred me to a specialist in Toronto where the diagnosis was conclusive.
At 53, I had Parkinson\’s.
From leaping out of a tree to dancing the tango, very little happens in the body without first being ordered by the basal ganglia. Those orders are sent at the speed of light through nerve networks with the help of a neurotransmitter called dopamine. It is the as-yet unexplained decline in the brain\’s dopamine-producing cells that leads to movement disorders like Parkinson\’s.
It\’s a simple equation: no dopamine, no movement.
With Parkinson\’s, those dopamine cells start quietly dying off years before symptoms first appear. Scientists aren\’t certain why this happens, or why the process cannot be stopped or slowed.
Doctors can replace some of the lost dopamine with a medication called levodopa, but it causes a side effect known as dyskinesia — sudden uncontrolled muscle movements in the arms and upper body that create a writhing, torquing motion. As doctors increase doses of levodopa to stave off Parkinson\’s tremors, dyskinesia increases.
The payoff is in quality of life for patients
Neurologists have been experimenting with DBS to treat Parkinson\’s and other movement disorders for nearly 40 years. In 1997, the U.S.-based Food and Drug Administration approved DBS to treat Parkinson\’s disease.
Why not more? The simple reason is that it is a treatment involving intricate brain surgery by highly specialized surgical teams and requiring considerable aftercare.
WATCH | How deep brain stimulation can help overcome debilitating effects of Parkinson\’s:
See the almost instantaneous effects of deep brain stimulation for Parkinson’s disease treatment
Harry Forestell shows how DBS therapy can work in daily life — and demonstrates what happens when he turns it off.
\”The surgical expertise is extremely important,\” he said.
\”You have to have a surgeon that knows how to do the procedure and knows how to put the electrodes in the right spot. But then after the surgery, you need an expertise in doing all of the programming and adjusting the stimulators and also adjusting the medication doses which typically change after the operation,\” he said.
\”So it\’s a very complicated procedure that requires a team and it\’s the neurologist and the nurses after the surgery that are doing a great deal of the work in optimizing the responses.\”
It is a procedure, Lang points out, that requires support from provincial governments. The payoff is a treatment that can offer major improvements in quality of life for Parkinson\’s patients.
\”The Ontario government has appreciated the importance,\” said Lang, adding he feels lucky to have a team of expert neurosurgeons, neurologists, nurses and others to support patients.
\”The government recognized the importance of this technique and have provided what\’s called volume-based funding to allow us to operate on a much larger number than most centres.\”
My own experience is a vivid illustration of the relief DBS can bring to some Parkinson\’s patients.
Holes in my head
I entered Toronto Western Hospital on Sept. 30, 2022 with an idea of what was going to happen, but no real appreciation of what it would feel or sound like.
A metal structure was bolted to Forestell\’s skull prior to surgery at Toronto Western Hospital in September. (Harry Forestell/CBC)
I knew at some point before the end of the day someone was going to drill a hole in my head. At least one hole. Maybe two.
I was forewarned by reliable parties that the sound of that drilling would be akin to an airplane taking off. More like Concorde taking off inside my head!
Before surgery I had a metal structure bolted to my skull, not unlike the square lightshade at the top of a lamppost.
This was meant to hold my head steady during the MRI scan and throughout the more delicate procedure of skewering my brain without damaging the useful bits.
In the surgical suite there was a bustle of activity as half a dozen surgeons and nursing staff prepared for the procedure. My head head frame was bolted to the surgical table, and plastic sheets were draped over me to create an antiseptic site for the skull opening.
The drilling of two nickel-sized holes in my skull was every bit as loud as I had been warned. But no pain, just a feeling of pressure.
\”Somewhere in the middle of all this is me, wide awake,” says Forestell. The clear plastic barrier divides the room into sterile and non-sterile zones. (Submitted by Harry Forestell)
In the back of the suite, a cluster of medical IT specialists sat in front of computer screens ready to track and to provide feedback and directions as to where the probes needed to go in my brain.
I know all of this because I was awake — wide awake — for the duration of the six-hour long surgery. I have spent plenty of time around hospitals, both as a patient and as the c
hild of a hospital worker. I\’ve covered many medical stories as a reporter. So rather than fear, the prospect of this procedure filled me with curiosity. How would it feel? What would it change? Would it work?
A strange experience indeed
The surgical suite hummed with the normal hubbub of a workplace. The surgeons and I kept up an amiable conversation as I asked questions about what was happening. In the background, a steady staccato, like the noise of a Geiger counter, attested to the continuing activity in my brain.
Clicks coming through a loudspeaker amplified the activity of each busy cell.
It was a strange experience to have someone rooting through your brain.
A closer look at how the surgeons implant the sensors on Forestell’s brain that will eventually provide the electrical impulses to help override some of the physical symptoms of Parkinson\’s. (Submitted by Harry Forestell)
There was no feeling to it as the brain has no pain sensors. But as the probes slid into place, there were tell-tale signs that gave away what was happening — most commonly a tingling feeling in an arm or leg — as the surgeons carefully threaded the electrodes through my brain to reach the basal ganglia.
Along the way they asked me whether I could recite the days of the week, the months of the year backwards skipping every second month, and the progression of prime numbers to the fifth integer.
Once the probes were in place, it was time to install the wiring and other hardware. For this part of the surgery, anesthetic was required and I was put soundly to sleep. Both probes are attached to wires that are threaded through the skull and under the skin behind the ear, down the neck, over the clavicle and finally are plugged into a battery-operated pulse generator — similar to a pacemaker — that sits just under the skin of the chest. While the surgery involves all the usual risks of infection, hemorrhage, stroke and heart attack, side effects are rare.
A shocking conclusion
So, does it work?
Well, you can see the party trick I\’ve been boasting about in the video above. You be the judge.
Here is how it works.
Once the electrodes have been implanted in the brain, their ability to deliver the required electrical stimulation is controlled by a pulse transmitter and an adapted cellphone.
Forestell one week post-operation. Aside from what he describes as a terrible haircut, the only sign of surgical intervention is the ‘railway track’ of staples closing the wound. The procedure took less than 48 hours from hospital check-in to discharge. (Harry Forestell/CBC)
The cellphone carries an app that controls the frequency of the electrical stimulation of the basal ganglia. The stimulator is set to discharge regular electrical pulses day and night that miraculously override or disrupt the scrambled neural instructions that are a Parkinson\’s hallmark.
Suddenly I am able to walk normally. There are no tremors. The annoying signs of dyskinesia — those involuntary movements I described above — seem to disappear.
WATCH | In September 2022, before undergoing DBS, Harry Forestell described to his audiences what he was undertaking:
Harry Forestell opens up about the next stage in his treatment for Parkinson\’s
The host of CBC New Brunswick News at 6 speaks with Rachel Cave about how deep brain stimulation is expected to help him deal with his Parkinson\’s disease diagnosis.
Regaining control of motor functions is nothing short of a miracle, but it will not work for every Parkinson\’s patient. Those with other conditions are not suited for DBS. It alleviates motor symptoms most successfully among those who respond well to levodopa. Where it is successful in those cases, it means a decrease in that drug and its side effects.
I have been able to cut my medication in half and I recently
returned to work after four months away. I sleep soundly and, while I still tire easily, my mood has brightened.
Parkinson\’s disease will continue to dog my life. DBS may allow me another 10 or 15 years without disabling tremors, though they will probably return at some point as they continue to grow in intensity. There are other insidious effects of Parkinson\’s that are not affected by DBS.
But for the time being, it is as though the disease is caged.
On a leash.
I can hear it barking, but for now at least, it can\’t bite me.
Do you have a compelling personal story that can bring understanding or help others? Here\’s more info on how to pitch to us.
Before surgery, a metal frame was attached to Harry Forestell’s head to keep it still during an MRI scan. During surgery, the frame was bolted to the surgical table. (Submitted by Harry Forestell)
This First Person article is written by Harry Forestell, host of CBC News New Brunswick at Six, who draws upon his experiences with Parkinson\’s disease.
My latest party trick is a real attention grabber.
It\’s a vivid illustration of the before and after effects of my recent treatment for Parkinson\’s disease. Proof of just how much a little poking around in the brain can achieve.
The treatment is called deep brain stimulation (DBS). It involves implanting thin electrodes into the brain where they emit tiny electrical pulses. Those pulses, applied continuously to just the right section of grey matter, stimulate centres in the brain that control signals sent to your muscles. In the basal ganglia, the engine house of the brain, signals are sent to the body ordering everything from speaking, to swallowing, to walking and touching. When those signals don\’t get through, or when the instructions get scrambled, the body\’s reaction can be cruel. Hands tremble uncontrollably, legs shake, walking becomes increasingly difficult, even swallowing is a challenge.
These are all early symptoms of Parkinson\’s disease and the list is by no means exhaustive.
Parkinson\’s is considered a chronic but not fatal disease. As neurologists will often explain, you will die with Parkinson\’s, not from Parkinson\’s. While true, it doesn\’t really capture the creeping, insidious progress of the disease as it deprives victims of the ability to control their own bodies.
Medical stories like this have always been a source of fascination for me. I worked for several years as a medicine and science reporter, covering stories that included the panic over mad cow disease in the U.K. I produced radio features on brain development and decay.
Little did I know that I eventually would be reporting on my own brain malady.
A shock of a diagnosis, and a relief
The day my diagnosis of Parkinson\’s disease was officially confirmed came as much of a relief as a shock.
It was 2015 and for the previous two years, my wife Jenny and I had been careering back and forth between hope and despair. My Fredericton neurologist, Dr. Eva Pniak, a patient and persevering soul, suspected Parkinson\’s, but suggested the problems I experienced walking and with my tremoring hands could also be explained by a modestly more benign condition called essential tremor.
These are just some of the drugs used to control Parkinson\’s disease. While levodopa is initially the most effective medication, it produces side effects that require other drugs that produce their own side effects. (Harry Forestell/CBC)
She referred me to a specialist in Toronto where the diagnosis was conclusive.
At 53, I had Parkinson\’s.
From leaping out of a tree to dancing the tango, very little happens in the body without first being ordered by the basal ganglia. Those orders are sent at the speed of light through nerve networks with the help of a neurotransmitter called dopamine. It is the as-yet unexplained decline in the brain\’s dopamine-producing cells that leads to movement disorders like Parkinson\’s.
It\’s a simple equation: no dopamine, no movement.
With Parkinson\’s, those dopamine cells start quietly dying off years before symptoms first appear. Scientists aren\’t certain why this happens, or why the process cannot be stopped or slowed.
Doctors can replace some of the lost dopamine with a medication called levodopa, but it causes a side effect known as dyskinesia — sudden uncontrolled muscle movements in the arms and upper body that create a writhing, torquing motion. As doctors increase doses of levodopa to stave off Parkinson\’s tremors, dyskinesia increases.
The payoff is in quality of life for patients
Neurologists have been experimenting with DBS to treat Parkinson\’s and other movement disorders for nearly 40 years. In 1997, the U.S.-based Food and Drug Administration approved DBS to treat Parkinson\’s disease.
Why not more? The simple reason is that it is a treatment involving intricate brain surgery by highly specialized surgical teams and requiring considerable aftercare.
WATCH | How deep brain stimulation can help overcome debilitating effects of Parkinson\’s:
See the almost instantaneous effects of deep brain stimulation for Parkinson’s disease treatment
Harry Forestell shows how DBS therapy can work in daily life — and demonstrates what happens when he turns it off.
\”The surgical expertise is extremely important,\” he said.
\”You have to have a surgeon that knows how to do the procedure and knows how to put the electrodes in the right spot. But then after the surgery, you need an expertise in doing all of the programming and adjusting the stimulators and also adjusting the medication doses which typically change after the operation,\” he said.
\”So it\’s a very complicated procedure that requires a team and it\’s the neurologist and the nurses after the surgery that are doing a great deal of the work in optimizing the responses.\”
It is a procedure, Lang points out, that requires support from provincial governments. The payoff is a treatment that can offer major improvements in quality of life for Parkinson\’s patients.
\”The Ontario government has appreciated the importance,\” said Lang, adding he feels lucky to have a team of expert neurosurgeons, neurologists, nurses and others to support patients.
\”The government recognized the importance of this technique and have provided what\’s called volume-based funding to allow us to operate on a much larger number than most centres.\”
My own experience is a vivid illustration of the relief DBS can bring to some Parkinson\’s patients.
Holes in my head
I entered Toronto Western Hospital on Sept. 30, 2022 with an idea of what was going to happen, but no real appreciation of what it would feel or sound like.
A metal structure was bolted to Forestell\’s skull prior to surgery at Toronto Western Hospital in September. (Harry Forestell/CBC)
I knew at some point before the end of the day someone was going to drill a hole in my head. At least one hole. Maybe two.
I was forewarned by reliable parties that the sound of that drilling would be akin to an airplane taking off. More like Concorde taking off inside my head!
Before surgery I had a metal structure bolted to my skull, not unlike the square lightshade at the top of a lamppost.
This was meant to hold my head steady during the MRI scan and throughout the more delicate procedure of skewering my brain without damaging the useful bits.
In the surgical suite there was a bustle of activity as half a dozen surgeons and nursing staff prepared for the procedure. My head head frame was bolted to the surgical table, and plastic sheets were draped over me to create an antiseptic site for the skull opening.
The drilling of two nickel-sized holes in my skull was every bit as loud as I had been warned. But no pain, just a feeling of pressure.
\”Somewhere in the middle of all this is me, wide awake,” says Forestell. The clear plastic barrier divides the room into sterile and non-sterile zones. (Submitted by Harry Forestell)
In the back of the suite, a cluster of medical IT specialists sat in front of computer screens ready to track and to provide feedback and directions as to where the probes needed to go in my brain.
I know all of this because I was awake — wide awake — for the duration of the six-hour long surgery. I have spent plenty of time around hospitals, both as a patient and as the c
hild of a hospital worker. I\’ve covered many medical stories as a reporter. So rather than fear, the prospect of this procedure filled me with curiosity. How would it feel? What would it change? Would it work?
A strange experience indeed
The surgical suite hummed with the normal hubbub of a workplace. The surgeons and I kept up an amiable conversation as I asked questions about what was happening. In the background, a steady staccato, like the noise of a Geiger counter, attested to the continuing activity in my brain.
Clicks coming through a loudspeaker amplified the activity of each busy cell.
It was a strange experience to have someone rooting through your brain.
A closer look at how the surgeons implant the sensors on Forestell’s brain that will eventually provide the electrical impulses to help override some of the physical symptoms of Parkinson\’s. (Submitted by Harry Forestell)
There was no feeling to it as the brain has no pain sensors. But as the probes slid into place, there were tell-tale signs that gave away what was happening — most commonly a tingling feeling in an arm or leg — as the surgeons carefully threaded the electrodes through my brain to reach the basal ganglia.
Along the way they asked me whether I could recite the days of the week, the months of the year backwards skipping every second month, and the progression of prime numbers to the fifth integer.
Once the probes were in place, it was time to install the wiring and other hardware. For this part of the surgery, anesthetic was required and I was put soundly to sleep. Both probes are attached to wires that are threaded through the skull and under the skin behind the ear, down the neck, over the clavicle and finally are plugged into a battery-operated pulse generator — similar to a pacemaker — that sits just under the skin of the chest. While the surgery involves all the usual risks of infection, hemorrhage, stroke and heart attack, side effects are rare.
A shocking conclusion
So, does it work?
Well, you can see the party trick I\’ve been boasting about in the video above. You be the judge.
Here is how it works.
Once the electrodes have been implanted in the brain, their ability to deliver the required electrical stimulation is controlled by a pulse transmitter and an adapted cellphone.
Forestell one week post-operation. Aside from what he describes as a terrible haircut, the only sign of surgical intervention is the ‘railway track’ of staples closing the wound. The procedure took less than 48 hours from hospital check-in to discharge. (Harry Forestell/CBC)
The cellphone carries an app that controls the frequency of the electrical stimulation of the basal ganglia. The stimulator is set to discharge regular electrical pulses day and night that miraculously override or disrupt the scrambled neural instructions that are a Parkinson\’s hallmark.
Suddenly I am able to walk normally. There are no tremors. The annoying signs of dyskinesia — those involuntary movements I described above — seem to disappear.
WATCH | In September 2022, before undergoing DBS, Harry Forestell described to his audiences what he was undertaking:
Harry Forestell opens up about the next stage in his treatment for Parkinson\’s
The host of CBC New Brunswick News at 6 speaks with Rachel Cave about how deep brain stimulation is expected to help him deal with his Parkinson\’s disease diagnosis.
Regaining control of motor functions is nothing short of a miracle, but it will not work for every Parkinson\’s patient. Those with other conditions are not suited for DBS. It alleviates motor symptoms most successfully among those who respond well to levodopa. Where it is successful in those cases, it means a decrease in that drug and its side effects.
I have been able to cut my medication in half and I recently
returned to work after four months away. I sleep soundly and, while I still tire easily, my mood has brightened.
Parkinson\’s disease will continue to dog my life. DBS may allow me another 10 or 15 years without disabling tremors, though they will probably return at some point as they continue to grow in intensity. There are other insidious effects of Parkinson\’s that are not affected by DBS.
But for the time being, it is as though the disease is caged.
On a leash.
I can hear it barking, but for now at least, it can\’t bite me.
Do you have a compelling personal story that can bring understanding or help others? Here\’s more info on how to pitch to us.
![\"A](\"https://i.cbc.ca/1.6752212.1676654439!/fileImage/httpImage/image.jpg_gen/derivatives/original_780/harry-forestell-preparing-for-dbs-surgery.jpg\")
![\"Five](\"https://i.cbc.ca/1.6752213.1676658995!/fileImage/httpImage/image.jpg_gen/derivatives/original_780/drugs-for-parkinson-s.jpg\")
![\"\"](\"https://thumbnails.cbc.ca/maven_legacy/thumbnails/765/983/harry2.jpg?crop=1.777xh:h;*,*&downsize=510px:*510w\")
![\"A](\"https://i.cbc.ca/1.6752214.1676659104!/fileImage/httpImage/image.jpg_gen/derivatives/original_780/harry-forestell.jpg\")
![\"A](\"https://i.cbc.ca/1.6752215.1676659441!/fileImage/httpImage/image.jpg_gen/derivatives/original_780/operating-room-for-dbs-surgery.jpg\")
![\"A](\"https://i.cbc.ca/1.6752216.1676659493!/fileImage/httpImage/image.jpg_gen/derivatives/original_780/dbs-surgery.jpg\")
![\"A](\"https://i.cbc.ca/1.6752218.1676659716!/fileImage/httpImage/image.jpg_gen/derivatives/original_780/harry-forestell-after-dbs-surgery.jpg\")
![\"\"](\"https://thumbnails.cbc.ca/maven_legacy/thumbnails/14/195/harry1.jpg?crop=1.777xh:h;*,*&downsize=510px:*510w\")