التأثير الكهرومغناطيسي لتخفيف الألم عن طريق الذكاء الاصطناعي

يمكن لزراعة الإلكترونيات الحيوية التي يتم التحكم فيها عن طريق المغناطيس أن تخفف الألم

يمكن شحن ماغني MagnI  المهندَس لاسلكياً و برمجته بالمجال الكهرومغناطيسي

قدم فريق من مهندسي جامعة رايس Rice University أول زراعة عصبية يمكن برمجتها و شحنها في آن واحد عن بُعد بمجال مغناطيسي.

و من الممكن أن يجعل إنجازهم هذا الأجهزة المدمجة ممكنة مثل وحدة تحفيز الحبل (النخاع) الشوكي مع جهاز إرسال مغناطيسي يعمل بالبطارية على حزام يمكن ارتداؤه.

الزرع العصبي الكهرومغناطيسي

يشتمل النظام المصغر المدمج ، و المسمى ماغني MagNI (و هي اختصار لمصطلح الزرع العصبي الكهرومغناطيسي magnetoelectric neural implant ) ، على محولات طاقة مغناطيسية كهربائية magnetoelectric transducers . حيث تسمح هذه المحولات للرقاقة بجمع الطاقة من مجال مغناطيسي متناوب خارج الجسم.

و قد تم تطوير النظام من قبل كايون يانغ  Kaiyuan Yang ، و هو أستاذ مساعد في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر.

و يعقوب روبنسون  Jacob Robinson ، أستاذ مشارك في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر والهندسة الحيوية ؛ والمؤلفين الرئيسيين زانغاو يو Zhanghao Yu ، و هو طالب دراسات عليا ، وطالب الدراسات العليا جوشوا تشين Joshua Chen ، وجميعهم من كلية رايس براون للهندسة  Rice's Brown School of Engineering.

و الجدير بالذكر أن يانغ قد قام  بتقديم المشروع  مؤخراً في المؤتمر الدولي لدوائر الحالة الصلبة International Solid-State Circuits Conference في سان فرانسيسكو San Francisco .

و يستهدف ماغني MagNI التطبيقات التي تتطلب تحفيزاً كهربائياً  للخلايا العصبية قابلاً للبرمجة ، على سبيل المثال لمساعدة مرضى الصرع epilepsy  أو مرض باركنسون Parkinson's disease .

و قال يانغ Yang  : "هذا هو الدليل الأول على أنه يمكنك استخدام مجال مغناطيسي لجعل الغرسة تعمل،  و كذلك برمجة الزرع.".

و أضاف أيضاً : " إنه و من خلال دمج المحولات الكهرومغناطيسية مع تقنيات CMOS (أشباه الموصلات المكملة لأكسيد المعادن complementary metal-oxide semiconductor ) ، فإننا نقدم منصة إلكترونية حيوية للعديد من التطبيقات.

حيث تعتبر ال CMOS قوية و فعالة و رخيصة لأداء مهام الاستشعار و مهام معالجة الإشارات."

كما قال يانغ إن ماغني MagNI له مزايا واضحة على طرق التحفيز الحالية ، بما في ذلك الموجات فوق الصوتية ultrasound ، والإشعاع الكهرومغناطيسي electromagnetic radiation ، والاقتران الحثي  inductive coupling والتقنيات البصرية optical technologies.

و قال يانغ : "لقد أظهر الناس منبهات (محفزات) عصبية على هذا النطاق ، بل و أصغر". و يتابع : "إن التأثير الكهرومغناطيسي الذي نستخدمه له فوائد عديدة على الطرق السائدة للطاقة و نقل البيانات."

و قال أيضاً إن الأنسجة لا تمتص المجالات المغناطيسية لأنها تقوم بأنواع أخرى من الإشارات ،

و هي لن تسخن الأنسجة مثل الإشعاع الكهرومغناطيسي و البصري أو الاقتران الحثي (التحريضي) :  " إن الموجات فوق الصوتية Ultrasound لا تحتوي على مشكلة التسخين،

و لكن الموجات تنعكس على واجهات بين وسائط مختلفة ، مثل الشعر و الجلد أو العظام و العضلات الأخرى."

و قد أوضح يانغ أنه و لأن المجال المغناطيسي ينقل أيضاً إشارات تحكم ، فإن ماغني  MagNI  "خال من المعايرة و قوي أيضاً ".

وقال : "إنه لا يتطلب أي جهد (تيار كهربائي) داخلي أو مرجع زمني".

تركيبة الجهاز الجديد

تتواجد مكونات الجهاز المبدئي على ركيزة بوليميد polyimide  مرنة مع ثلاثة مكونات فقط و هي : غشاء مغناطيسي كهربائي بأبعاد 2 × 4 ملم و هو يقوم بتحويل المجال المغناطيسي إلى مجال كهربائي ، و شريحة CMOS ومكثف لتخزين الطاقة مؤقتاً.

و قد اختبر الفريق بنجاح موثوقية (صلابة) الرقاقة على المدى الطويل من خلال نقعها في محلول و تعريضها للهواء و اختبارها في أجار يشبه الهلام  jellylike agar و يحاكي بيئة الأنسجة.

و قام الباحثون أيضاً بالتحقق من صحة هذه التكنولوجيا من خلال حيوان الهيدرا Hydra المثير ، وهو مخلوق صغير يشبه الأخطبوط تمت دراسته في مختبر روبنسون Robinson's lab . و

من خلال تقييد الهيدرا بأجهزة الموائع الدقيقة في المختبر ، فقد تمكنوا من رؤية إشارات الفلورسنت (الإشارات المشعة) المرتبطة بالتقلصات في المخلوقات المحفزَة و المنبهة بواسطة اتصالها و احتكاكها مع الرقاقات .

و يذكر أن الفريق يقوم حالياً بإجراء اختبارات داخل الجهاز على نماذج مختلفة.

أما في الجيل الحالي من الرقاقات ، فإن الطاقة و المعلومات تتدفق بطريقة واحدة فقط ، إلا أن يانغ أفاد بأن الفريق يعمل على استراتيجيات اتصال ثنائية الاتجاه لتسهيل جمع البيانات من العينات المزدرعة و تمكين المزيد من التطبيقات.