تقوم شركات بزرع أجهزة في الرأس، لتساعد الأشخاص الذين يعانون من إصابات في الدماغ أو العمود الفقري وتسببت بإعاقتهم عن الحركة أو التواصل.
(BCIs) هي أجهزة مساعدة ناشئة تزرع في الرأس، لتساعد الأشخاص الذين يعانون من إصابات في الدماغ أو العمود الفقري وتسببت بإعاقتهم عن الحركة أو التواصل. تعتمد أنظمة BCI على أجهزة استشعار قابلة للزرع تسجل الإشارات الكهربائية في الدماغ، وتستخدم هذه الإشارات لتشغيل الأجهزة الخارجية مثل الأطراف الاصطناعية الآلية.
تستخدم معظم أنظمة BCI الحالية مستشعراً أو جهازي استشعار لأخذ عينات تصل إلى بضع مئات من الخلايا العصبية، لكن علماء الأعصاب مهتمون بالأنظمة القادرة على جمع البيانات من مجموعات أكبر بكثير من خلايا الدماغ.
اتخذ فريق من الباحثين الآن خطوة مهمة نحو مفهوم جديد لنظام BCI المستقبلي – وهو نظام يستخدم شبكة منسقة من المستشعرات العصبية اللاسلكية ذات النطاق الصغير، كل منها بحجم ذرة ملح، لتسجيل وتحفيز نشاط المخ. تقوم المستشعرات، التي يطلق عليها اسم "الحبيبات العصبية"، بتسجيل النبضات الكهربائية التي يتم إجراؤها عن طريق إطلاق الخلايا العصبية وإرسال الإشارات لاسلكياً إلى محور مركزي، والذي ينسق ويعالج الإشارات.
في دراسة نُشرت في صحيفة ناتشر إليكترونيكس، أظهر فريق البحث استخدام ما يقرب من 50 من هذه الخلايا العصبية المستقلة لتسجيل النشاط العصبي في القوارض.
يعلق الباحثون أهمية على النتائج، كونها خطوة نحو نظام قد يمكّنهم يوماً ما من تسجيل إشارات الدماغ بتفاصيل غير مسبوقة، وبالتالي الوصول إلى رؤى جديدة حول كيفية عمل الدماغ وعلاجات جديدة للأشخاص الذين يعانون من إصابات في الدماغ أو العمود الفقري.
قال أرتو نورميكو، الأستاذ في كلية براون للهندسة وكبير مؤلفي الدراسة: "إن أحد أكبر التحديات التي تواجهنا هو هندسة طرق استكشاف لأكبر عدد ممكن من النقاط في الدماغ". "حتى الآن، كانت معظم أجهزة BCI عبارة عن أجهزة متجانسة - تشبه إلى حد ما أسطح صغيرة من الإبر. وقد كانت فكرة فريقنا تفكيك هذه الكتل إلى مستشعرات صغيرة، يمكن توزيعها عبر القشرة المخية. وهذا ما تمكنا من عرضه هنا".
بدأ الفريق، الذي يضم خبراء من جامعة براون وجامعة بايلور وجامعة كاليفورنيا في سان دييغو وكوالكوم، العمل على تطوير هذا النظام منذ حوالي أربع سنوات. قال نورميكو، المنتسب إلى معهد كارني لعلوم الدماغ: "إن التحدي كان ذا شقين. تطلب الجزء الأول تقليص الإلكترونيات المعقدة المشاركة في الكشف عن الإشارات العصبية وتضخيمها ونقلها إلى شرائح السليكون العصبية الصغيرة. وقام الفريق في البداية بتصميم وتطبيق التجارب على جهاز كمبيوتر. فكرروا عمليات التصنيع مرات عديدة لتطوير الرقائق التشغيلية.
وتمثل التحدي الثاني في تطوير محور اتصالات الجسم الخارجي الذي يستقبل الإشارات من تلك الرقائق الصغيرة. فالجهاز عبارة عن رقعة رقيقة، بحجم بصمة الإبهام، تُلصق بفروة الرأس خارج الجمجمة. وعمله أشبه ببرج هاتف خلوي مصغر، يستخدم بروتوكول شبكة لتنسيق الإشارات من الخلايا العصبية، ولكل منها عنوان شبكته الخاصة. توفر الرقعة أيضاً الطاقة لاسلكياً للخلايا العصبية المصممة للعمل باستخدام أقل قدر من الكهرباء".
قال البروفيسور جيهون لي من جامعة براون والمؤلف الرئيسي للدراسة: "يشكل هذا العمل تحدياً حقيقياً متعدد التخصصات؛ حيث علينا أن نجمع الخبرات في الكهرومغناطيسية ومعدل التذبذب لتيار كهربي أو مغناطيسي وتصميم الدوائر، وعلم الأعصاب لتصميم وتشغيل نظام الدماغ العصبي".
كان الهدف من هذه الدراسة الجديدة هو إثبات أن النظام يمكنه تسجيل الإشارات العصبية من دماغ حي - وهو في هذه الحالة، دماغ فأر. فوضع الفريق 48 خلية عصبية على القشرة المخية للحيوان، الطبقة الخارجية للدماغ، ونجح في تسجيل الإشارات العصبية المميزة المرتبطة بنشاط الدماغ التلقائي.
اختبر الفريق أيضاً قدرة الأجهزة على تحفيز الدماغ والتسجيل منه. يتم التحفيز بواسطة نبضات كهربائية صغيرة يمكنها تنشيط الجهاز العصبي. ويأمل الباحثون من هذه الدراسة الوصول إلى إمكانية إعادة وظيفة الدماغ المفقودة بسبب المرض أو الإصابة.
هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لجعل هذا النظام الكامل حقيقة واقعة، لكن الباحثين قالوا إن هذه الدراسة تمثل خطوة رئيسية في هذا الاتجاه.
----