پایگاه خبری / تحلیلی نگام_روایت زندگی مخترع جوان پلدختری که در خارج از کشور موفق به ساخت یک لنز هوشمند با قابلیت بیناییبخشی شده و تحولی در دنیای پزشکی به وجود آورده است.
همین امسال بود که خبر و ویدئویی در فضای مجازی درباره یک مخترع پلدختری دست به دست شد که در خارج از کشور موفق به ساخت یک لنز هوشمند با قابلیت بینایی بخشی شده و تحولی را در دنیای پزشکی به وجود آورده است.
نام این مخترع جوان ایرانی احسان کامرانی است. او متولد بهمن ۱۳۵۸ در پلدختر یکی از شهرستانهای استان لرستان بوده و تا دبیرستان نیز در همین شهر تحصیل کرده است. برای دوره لیسانس رشته مهندسی پزشکی در دانشکده علوم پزشکی دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی قبول شد و در واقع سری دوم دانشجویان رشته مهندسی پزشکی در ایران بود. در این دوره روی پردازش تصویر و سیگنالهای پزشکی تحقیق کرد و همزمان با چند شرکت برای انجام کارهای فنی و با بیمارستانها برای انجام پروژههای تحقیقاتی به همراه دانشجوهای دکتری فعالیت کرد.
با وجودی که در آن سالها ارائه مقاله توسط دانشجویان دوره لیسانس زیاد باب نبود، او براساس کاری که در دوره کارشناسی روی تحلیل و مدلسازی سیستم بینایی انسان و همچنین شبیهسازی و استفاده از آن برای پیادهسازی سیستمهای پردازش تصویری کرده بود، مقالهای ارائه داد و این مقاله در کنفرانس بینالمللی کامپیوتر رتبه اول را کسب کرد.
کامرانی بعد از دوره لیسانس، چون به کارهای پزشکی و جراحی از راه دور علاقهمند شده بود، به دانشگاه تربیت مدرس رفت و رشته مهندسی برق، گرایش مهندسی کنترل و ابزار دقیق را انتخاب کرد. در این دوره حدود سال ۲۰۰۳ تحقیقاتی را انجام داد که ایدهاش بسیار جدید و بکر در جهت جراحی و انجام کارهای پزشکی از طریق اینترنت بود.
این مخترع جوان بعد از دوره فوق لیسانس حدود چهار سال را در ایران به عنوان هیات علمی و مدرس دانشگاههای لرستان، تهران، گیلان و سمنان مشغول به کار بود و پس از آن برای مقطع دکتری از بیش از ۲۰ دانشگاه از آمریکا، اروپا، استرالیا و آسیا پذیرش همراه با بورسیه کامل گرفت، اما در نهایت دانشگاه مونترال را انتخاب و به کانادا مهاجرت کرد و دکتری را در همان رشته مهندسی پزشکی خواند. در این دوران نیز مهمترین کاری که انجام داد، ساخت دستگاه و روش جدیدی جهت تصویربرداری غیرتهاجمی از مغز انسان بود. فوق دکتری خود را در زمینه نور در پزشکی از دانشگاههای هاروارد و MIT آمریکا و همچنین در زمینه نانومواد هوشمند پزشکی از دانشگاه پوهانگ کره جنوبی کسب کرده و پس از آن در دانشگاه هاروارد امریکا مشغول به کار شد.
احسان کامرانی هماکنون استاد دانشگاههای واترلو و MIT است و اخیرا نیز به عضویت هیات علمی دانشگاه شهید بهشتی درآمده و کار تدریس و مشاوره را در این دانشگاه انجام میدهد.
در ادامه با متن گفتگو با این محقق ایرانی همراه باشید.
لطفا در مورد دستاوردتان توضیح دهید.
تجهیزاتی که هماکنون برای تصویربرداری مغز وجود دارند، بسیار حجیم، گران و نسبتا پیچیده هستند، ولی من در دوره دکتری روش جدیدی را ابداع کردم و دستگاه جدیدی را با کمک این روش ساختم که برخلاف دستگاههای MRI و سیتیاسکن بسیار ارزان، کوچک و بسیار هم ایمن است، همچنین برخلاف دستگاههای مرسوم نه تنها از نیروی الکترومغناطیس که در دراز مدت عوارضی را بر بدن به جا میگذارد، استفاده نمیکند، بلکه از یک تکنیک نوری و یک طول موج بالاتر از نور مرئی که «نیر اینفرارد» (۵۵۰ تا ۹۵۰ نانومتر) نامیده میشود، استفاده میشود که کاملا ایمن است و در دراز مدت هیچ عوارضی روی بدن ندارد؛ بهخصوص در مورد بیماریهایی که در آن بیمار لازم است روزانه چندین بار و یا به صورت پیوسته اسکن مغز شود.
این روشی است که به تازگی و تحت عنوان «طیفسنجی عملکردی نزدیک به مادون قرمز» یا fNIRS (functional near infrared spectroscopy) برای تصویربرداری مغز رایج شده است، علاوه بر اینکه برای تشخیص بیماریهای مغز و اعصاب مورد استفاده قرار میگیرد، یکی از مهمترین کاربردهایش برای طراحی «رابط کاربری ماشین -مغز» است. در واقع با کمک این روش به راحتی میتوان فرمانهای مغزی افراد ناتوان -که نمیتوانند فرمانهای مغزیشان را به ماهیچههایشان منتقل کنند- را آشکارسازی و مستقیما آن را به فعالیتهای فیزیکی مثل به حرکت درآوردن و جهتیابی ویلچر تبدیل کرد. البته این روش فقط برای افراد ناتوان کاربرد ندارد و کاربردهای دیگر آن کاملا وارد داستانهای علمی- تخیلی میشود؛ مثلا میتوان از مدلهای پیشرفته آن برای خواندن افکار و یا حتی کنترل مغز و اعمال و حرکات افراد استفاده کرد.
بعدها هم فناوری و هم دستگاهی را که برای تصویربرداری مغز طراحی کرده بودم با کمک فناوری «سیماس» (CMOS) و فناوری نانو به صورت مدارهای فشردهای در قالب یک تراشه بسیار کوچک درآوردم.
ایده ساخت لنز مصنوعی هوشمند چگونه و چه زمانی به ذهنتان خطور کرد؟
در دوره دکتری توانستم یک اسکالرشیپ از آمریکای شمالی بگیرم که این فرصت را میداد تا در قالب یک آزمون و رقابت و امتیازی که کسب میکردیم، دانشگاههای مورد نظرمان را انتخاب کنیم. من دانشگاههای هاروارد و MIT را انتخاب کردم و در نهایت برای MIT پذیرفته شدم.
در دورهای که در این دانشگاه درس میخواندم حدود سال ۲۰۱۱، وارد تحقیقات در یکی از لابراتوارهای آنجا شدم، لابراتوار بایواپتیک یعنی کاربرد نور در پزشکی بود و در اینجا بود که ایده چشم مصنوعی به ذهنم رسید و آن را برای نخستین بار در جهان پیشنهاد دادم و کارم را شروع کردم. ایده اولیه چشم مصنوعی این بود که چطور میتوانیم ابزاری بسازیم که باعث بیناییبخشی شود. لابراتوارهای بسیاری در جهان روی این موضوع کار میکنند، ولی به دلیل پیچیدگیهای این موضوع تاکنون کسی نتوانسته سیستمی را بسازد که جایگزین سیستم بینایی انسان شود.
من برای این کار از تلفیق تکنولوژیهای پیشرفته و یافتههایم در قالب پروژههای قبلی کمک گرفتم. کاری که قبلا روی تحلیل و مدلسازی سیستم بینایی انسان انجام داده بودم یکی از این پروژهها بود. یکی دیگر از این پروژهها که در طول دوره دکتری نیز روی آن کار کرده و موفق به ساخت نوع جدیدی از آن شده بودم، استفاده از آشکارسازی بود که حتی نسبت به یک فوتون هم حساس است و SIAPD نامیده میشود. پروژه دیگری که در دوره اینترشیپ شروع کردم، روشی است که میتوان از سلولهای بدن انسان نور تولید کرد. در واقع نوع خاصی از پروتئینها در سلولهای خاصی از بدن –به غیر از سلولهای شبکیه و بینایی- وجود دارند که از خودشان نور ساطع میکنند.
ما این سلولها را پمپ کردیم؛ به این معنا که با دادن مقداری انرژی الکتریکی به آنها باعث شدیم که از خودشان نور ساطع کنند و این دقیقا همان مفهوم و اتفاقی است که در سیستم بینایی انسان میافتد. برای پیش بردن این کار هم با محققان و مراکز مختلفی مثل بیمارستان جامع ماساچوست در بوستون امریکا و دانشگاه علوم و تکنولوژی پوهانگ و سئول در کره جنوبی همکاری کردیم تا بتوانیم کارهای اولیه ساخت این لنز بینایی را شروع کنیم.
در این دوران بود که برای دفاع دکتری دوباره به کانادا برگشتم و بعد از آن برای دوره پستدکتری این بار به هاروارد رفتم و همزمان با دوره فوق دکتری در هاروارد، در لابراتواری با نام Harvard-MIT Health Sciences and Technology مشغول به کار شدم که تلفیقی از محققان پزشکی هاروارد و محققان فنی MIT بود. در این لابراتوار چند پروژه را به صورت همزمان شروع کردیم که یکی از آنها چشم مصنوعی بود و بقیه پروژهها مربوط به ایمپلنتهایی میشد که در همه آنها از نور برای تشخیص و درمان استفاده میشد. در این زمان بود که از سوی دانشگاههای مطرح آمریکا نظیر MIT، هاروارد، ایلینوی و واشنگتن گرنت گرفتم تا ابزاری را طراحی کنم که لنز تماسی هوشمند نام داشت.
لنزهای تماسی معمولا به جای عینک یا برای زیبایی و تغییر رنگ چشم به کار میروند، اما من با اضافه کردن یک سری مدارهای الکترونیک روی لنزهای تماسی توانستم دو کار عمده را انجام دهم، یکی اینکه این لنزهای هوشمند میتوانند مقدار قند خون را از روی اشک کاربر اندازهگیری کنند. با این روش برخلاف روش سنتی اصلا دردناک نیست و نیازی به سوراخ کردن انگشت ندارد و به صورت منظم نمونهبرداری را انجام میدهد تا اگر بیمار به نوعی یادش رفت، این کار را انجام دهد.
دوم اینکه قابلیتی را به آن اضافه کردم تا زمانی که قند خون کاربر پایین یا بالا رفت، خود لنز میزان مورد نیاز انسولین را در چشم رها کند. در واقع برای این کار با استفاده از فناوری MEMS یا سیستم میکروالکترومکانیک یک سری میکروظرفهایی طراحی کردیم و آنها را داخل لنزها تعبیه کردیم تا در شرایط مورد نیاز یا برنامهریزی قبلی میزان دارو را درون چشم رها کند.
یکی دو سال بعد، شرکت سامسونگ گرنتی را برای توسعه این پروژه به من داد و به مدت یک سال به کره جنوبی رفتم و در آنجا یک پستدکتری دیگر گرفتم. برعکس اینکه تمرکزم در هاروارد روی بایواپتیک بود در کره جنوبی تمرکز تحقیقاتم روی نانومواد هوشمند پزشکی بود. در واقع در این دوره روی نانومواد هوشمند پزشکی و ساخت ابزار الکترونیک قابل انعطاف و زیست سازگار کار کردم. به این معنا که مواد ارگانیکی را طراحی کردم که ابزار الکترونیک را قابل انعطاف، قابل کشش، سازگار با بدن، سبک و شفاف میکند. ضمن این کار توانستم تمام تجربهها و تحقیقاتم را در زمینه تصویربرداری از مغز و لنز تماسی هوشمند نانوموادی که در کره جنوبی ساخته بودم، ترکیب کنم و لنز تماسی بیناییبخش بسازم.
آیا واقعا این لنز به افراد نابینا بینایی میدهد؟
نابینایی انواع مختلفی دارد. این لنز به کمبینایان کمک میکند و بینایی نسبی را به آنها میبخشد تا بتوانند بینایی خود را کامل کنند، اما در افرادی که کاملا نابینا هستند به نوع، ساختار چشم، مدت زمان و دلیل نابینایی آنها بستگی دارد.
گاهی چشم شخص کامل است و مشکلی ندارد، اما ارتباط بین مغز و چشم قطع شده است. این دستگاه میتواند ارتباط مجدد بین مغز و چشم را برقرار کند و بینایی را به شخص بازگرداند، اما نباید انتظار داشت کاربران چنین دستگاههایی در مرحله اول از دید کاملی برخوردار باشند، بلکه آنها دید محدود به دست میآورند.
در واقع انسانها از همان ابتدا آرزوی جاودانگی را در سر میپرورانند و حال با کمک فناوریها میخواهند جاودانه شوند. تا چه حد با این مسئله موافق هستید؟
البته پیشرفتهای جدید علمی و خصوصا تکنولوژیهای نوین تشخیصی و درمانی با تشخیص درست و بهموقع و همچنین درمان موثر بیماریها به افزایش طول عمر و امید به زندگی بشر کمک فراوانی کرده است. ولی چیزی که بیشتر قابل توجه است این است که فناوریها غالبا باعث بالا بردن کیفیت زندگی انسانها میشوند یا با این هدف شکل میگیرند و این الزاما به معنی طولانی کردن زندگی نیست. به نظر من بهبود کیفیت زندگی از هر چه دیگر مهمتر است و فناوریها با روشهای موثرتر، سریعتر و راحتتر تشخیص و درمان بیماری این کار را انجام میدهند.
شرایط تحقیقات و پروژههای علمی را در ایران چگونه میبینید؟
از نظر تعداد پروژهها و کمیت کارهای تحقیقاتی و همچنین سطح علمی و پژوهشی کشور، شاید جزو بهترینهای منطقه باشیم، ولی از نظر شاخصهای اولویتبندی، تناسب با نیازهای جامعه، هدفمندی تحقیقات و میزان نقش و تاثیر و اثربخشی تحقیقات در پیشرفتهای صنعتی و حل مسائل روز بهخصوص در حوزه پزشکی، هنوز کاستیهایی وجود دارد. دومین دلیل شاید این باشد که سطح اثربخشی و و عناوین تحقیقات و پروژههای علمی ما با علم و دانش روز جهان کمی فاصله دارد، اما موضوع اینجاست که میتوانست وجود نداشته باشد.
واقعیت جامعه امروز ما و پیشرفت فناوری این است که دیگر مثل گذشته نیست که انجام دادن تحقیقات مستلزم مکانی خاص یا دسترسی به منابع علمی مشکل باشد. هرفردی تنها با یک لپتاپ میتواند از خانهاش به بهترین منابع و مقالات روز دنیا دسترسی داشته باشد و حتی در کلاسهای درسی دانشگاههای معتبر جهان نیز از درون خانهاش شرکت کند.
یکی از عوامل موثر در تحقیقات علمی ارتباطات فعالانه و موثر با محققان مختلف است که این نیز با کمک ابزارهای ارتباطاتی موجود کاملا میسر است و بستگی زیادی به مهارت ارتباطی و فعال بودن خود دانشجو یا محقق دارد و محقق میتواند با ابزارهایی مثل ایمیل، تلفن و اسکایپ به محققان رده یک دنیا دسترسی پیدا کند.
پس میتوان گفت که همه عوامل مهم و لازم جهت انجام کارهای تحقیقاتی و علمی کاملا در دسترس محققان ایرانی است. مورد دیگر تجهیزات فیزیکی یا سختافزاری است که البته امکانات در حد قابل قبولی وجود دارد، ولی در مواردی ممکن است دسترسی به آنها کمی مشکل یا زمانبر باشد. با این حال، این موضوع کار تحقیقاتی را سختتر میکند، اما غیرممکن نمیکند.
شما با دانشجویان ایرانی بسیاری سروکار دارید که به دلیل ادامه تحصیل به خارج از کشور مهاجرت کردهاند. به نظر شما وجه تمایز این دانشجویان با دانشجویان خارجی چیست؟
خیلیها میگویند که ایرانیها باهوشند. ولی از نظر من مهمترین ویژگی دانشجویان ایرانیها سختکوشی آنهاست و نه صرفا هوششان که البته اگر همراه با انگیزه و شوق و علاقمندی باشد بسیار بیشتر نتیجه بخش و حتی باعث موفقیت بیش از پیش هم خواهد بود.
چه توصیهای به جوانان ایرانی دارید؟
توصیهای که من دارم این است که اولا نیازهای واقعی خودشان را بشناسند و ببینند که دنبال چه هستند و میخواهند در آینده چه کاره شوند. بعد باید تعریفی از موفقیت از خود داشته باشند، زیرا موفقیت از نظر هر کسی تعریف خاص خود را دارد. گاهی برخی افراد موفقیت را در پول میدانند و برخی افراد در تحصیلات یا خوشحال کردن مردم.
خیلی تحت تاثیر جو و اطرافیان خود قرار نگیرند و یا اطرافیانشان را پر از انسانهای مثبت کنند. باید در نظر داشته باشند که رمز موفقیت با هر تعریفی که داشته باشند، پشتکار است تا هیچ وقت از انجام دادن کارها ناامید و دلسرد نشوند. در واقع، موفقیت بزرگترین انتقامی است که انسان میتواند از شکستهایش بگیرد. خود من ۹۹ درصد کارهایی که به نتیجه رساندهام، جزو کارهایی بودهاند که چندین بار در آنها شکست خوردهام.
من در کنفرانسهای بسیاری شرکت میکنم و روزانه چندین ایمیل از دانشجوها و حتی دانشآموزان دبیرستانی دریافت میکنم که همه کنجکاوند و از من میپرسند که چه رشتهای را ادامه دهند یا چه موضوعی را برای تحقیق انتخاب کنند. سوالاتی که اغلب از من میشود، انتظارم این است که سوالات علمی باشد و از من راهنمایی بخواهند تا بتوانند ایده بگیرند و یا کار تحقیقاتیشان را پیش ببرند، اما چیزی که اغلب در مورد دانشجویان و محققان ایرانی برایم ناراحتکننده است، این است که برخی موارد سوالات آنها در مورد چگونگی گرفتن پذیرش از دانشگاههای خارج از کشور است. یعنی این افراد بیشتر از اینکه فکر کنند چطور کار پژوهشیشان را انجام دهند، به این فکر میکنند که کجا باید این کار را انجام دهند و به همین دلیل متاسفانه دنبال این هستند که چطور باید از ایران خارج شوند و بورسیه بگیرند.
انتخاب موضوع تحقیق و کاری که انجام میدهید البته بسیار مهم است، ولی مهمتر از آن، جایی است که میخواهید از نتیجه این کار و تلاش شما بهرهمند شود و جایی که اندوختههای علمی و عملی شما بتواند راهگشا و موثر واقع شود و به نظر من برای تحقق این هدف هیچ کجای دنیا بهتر و مناسبتر از کشور خودمان نیست. البته سفرهای علمی و اندوختن تجربههای بینالمللی میتواند مفید واقع شود، ولی در نهایت بهترین جا برای تحصیل و کار و زندگی همین جایی است که هستید، یعنی ایران.
چگونه برای تحقیقاتتان ایدهپردازی کردید؟
زمانی که قرار بود در دانشگاه پروپزالم را ارائه دهم، مدرسان دانشگاه در مورد علاقهمندیهای کلی من سوال کردند و چندین فیلم علمی- تخیلی به من معرفی کردند که آنها را ببینم و از روی آنها ایدهپردازی کنم و پروپزالم را پیشنهاد کنم. من خیلی از ایدههایی را که بعدا روی آنها کار کردم، از همین فیلمها به دست آوردم؛ مثل لنز تماسی هوشمند که ایده آن را از فیلم ترمیناتور گرفتم.
به طور کلی میتوانم بگویم که وظیفه اصلی دانشگاهها و اساتید تنها محدود به انتقال مطالب علمی پایه و حتی تجارب عملی نیست بلکه پرورش قدرت خلاقیت در فکر و عمل دانشجویان است تا با نگاهی علمی و خلاق درک شفاف و متفاوتی از مسائل پیرامون پیدا کنند و راهحلهای موثر و عملی ارائه دهند. درک درست واقعیتهای علمی و بهرهگیری از قدرت نامحدود ذهن در تخیل و ایدهپردازی برای حل مسائل مختلف، کلید موفقیت است. درک این واقعیت اساسی بسیار اهمیت دارد که برای حل علمی و عملی مسائل مختلف، هیچ مانع و محدودیتی جز میزان بهرهگیری نامحدود از قدرت ذهن و تخیل خودمان وجود ندارد. درک علمی مسائل پیرامون بکمک مطالعه جامع و تجربه مهارت حاصل میشود، ولی برای استفاده درست از دانش و تجربه اندوخته شده و نوآوری در حل مسائل باید از قدرت ذهن و تخیل نامحدود بهره گرفت.
دانشگاههایی که در آنها تحصیل یا تحقیق کردهاید، از نظر مالی و همچنین تجهیزات چه نقشی در پژوهشهای شما ایفا کردهاند؟
یکی از نکات مثبتی که دانشگاهها بهویژه در تحصیلات تکمیلی دارند، حقوق یا کمک مالی است که به دانشجو یا محقق میکنند. این میزان حقوق در حدی است که نیازهای کلی دانشجویان و محققان را برطرف میکند و این افراد به غیر از درس و تحقیق دغدغه دیگری ندارند و کاملا روی درس یا تحقیق خود متمرکز میشوند.
برخی دانشگاهها همانند دانشگاههای کره جنوبی برای اینکه هم کمک مالی به دانشجو شود و هم فشار مالی زیادی به دانشگاه وارد نشود، راهکار جالبی دارند. در این دانشگاهها دانشجو به غیر از استاد راهنما در دانشگاه، یک استاد راهنما در صنعت یا شرکت دارد. این مساله کمک میکند که شرکت بخشی از هزینههای دانشجو را متقبل کند و دانشجو از همان ابتدای پروژه با صنعت در ارتباط باشد و فقط تحقیقات محض دانشگاهی انجام ندهد و در این صورت عملا پیشرفت کارش را در صنعت ببیند.
علاوه بر این، دانشجو صرفا به عنوان یک دانشجوی تئوریک بار نمیآید و مهارتهای فنی و عملی را هم همزمان تجربه میکند. با وجود اینها، زمان تحصیل برایش سابقه کاری محسوب میشود و راحتتر میتواند کار پیدا کند.
محبوبترین ابزار الکترونیکی که از آن استفاده میکنید، چیست؟
به نسبت از گوشی موبایل و لپتاپم استفاده میکنم. ولی دوست ندارم که ابزاری محبوب من شود و روزی اگر خراب شد و یا نبود، کار تحقیقاتی من را تحت تاثیر خودش قرار دهد. به چند دلیل میانه خوبی با ابزارها ندارم. یکی اینکه این فناوریها هر روز در حال بهروز شدن هستند و با تغییراتی که میکنند، روش زندگی و تحقیق ما را هم تغییر میدهند. دوم اینکه استفاده بیش از حد و کنترل نشده از این ابزارها ارتباطات دنیای واقعی را تحت تاثیر قرار میدهد و یا کل برنامه روزمرهمان را به هم میریزند.
از چه اپلیکیشنها یا برنامههایی در لپتاپ یا گوشیتان بیشتر از همه استفاده میکنید؟
از نرمافزارهای گوشی و لپتاپم به صورت کنترل شده استفاده میکنم. زیرا ما انتخاب میکنیم که چه برنامهای را استفاده کنیم، اما این برنامه است که تصمیم میگیرد کی از آن دست بکشیم. با این حال، از برنامههایی مثل ایمیل، مدیریت پروژه برای برنامهریزی جلسات، برخی ابزارهای ارتباطی برای تلهکنفرانس و تبادل فایل با کسانی که با آنها در پروژه کار میکنم و همچنین برنامههای تقویم و پرزنتیشن برای ارائه کارها و تحقیقاتم استفاده میکنم.
اوقات فراغتتان را چگونه میگذرانید؟
کارهای تحقیقاتی و پژوهشی اوقات فراغت من به حساب میآیند. ولی معمولا اگر فرصتی دست بدهد، سعی میکنم که کار متفاوتی انجام دهم و از بچگی دو چیز را بیشتر از همه دوست داشتم و هماکنون هم دوست دارم که در اوقات فراغتم انجام دهم و آن مسافرت کردن و کتاب خواندن است.