الدماغ و الحاسوب : كيف يمكن للأفكار أن تتحكم لاسلكياً في الأطراف الاصطناعية

يسجل الجيل الحالي من الغرسات العصبية كميات هائلة من النشاط العصبي ، و التي بدورها تنقل إشارات الدماغ هذه عبر الأسلاك إلى الكمبيوتر.

و لكن ، حتى الآن ، عندما حاول الباحثون إنشاء وصلات مواءمة لاسلكية بين الدماغ و الحاسوب للقيام بذلك ، فقد تطلب الأمر قدراً كبيراً من الطاقة لنقل البيانات لدرجة أن الزرعات implant تولد حرارة أكثر من اللازم حتى تكون آمنة للمريض.

و تقترح الدراسة الجديدة كيفية حل مشكلته – و بالتالي قطع الأسلاك.

يعمل باحثو جامعة ستانفورد Stanford University منذ سنوات لتطوير تقنية يمكن أن تساعد -يوماً ما- الأشخاص المصابين بالشلل.

على استعادة استخدام أطرافهم ، و تمكين مبتوري الأطراف من استخدام أفكارهم للتحكم في الأطراف الاصطناعية و التفاعل مع أجهزة الكمبيوتر.

كان الفريق يركز على تحسين وصلة المواءمة بين الدماغ و الحاسوب a brain-computer interface، و هو جهاز مزروع تحت الجمجمة على سطح دماغ المريض. إذ  يربط هذا الزرع implant ، الجهاز العصبي البشري بجهاز إلكتروني .

و الذي قد يساعد -على سبيل المثال- في استعادة بعض التحكم الحركي:

• لشخص مصاب بإصابة في النخاع الشوكي ، 
• أو شخص يعاني من حالة عصبية مثل التصلب الجانبي الضموري amyotrophic lateral sclerosis، و المعروف أيضاً باسم مرض لو جيريج Lou Gehrig's disease.

الجيل الجديد من أجهزة المواءمة الاصطناعية الإلكترونية

إن وصلة المواءمة اللاسلكية يمكن أن تتحكم بدقة في حركة الفرد عن طريق تسجيل مجموعة فرعية من إشارات الدماغ الخاصة بالحركة ، بدلاً من التصرف مثل الجهاز السلكي و جمع إشارات الدماغ بكميات كبيرة.

يسجل الجيل الحالي من هذه الأجهزة كميات هائلة من النشاط العصبي ، ثم ينقل إشارات الدماغ هذه عبر الأسلاك إلى الكمبيوتر. و لكن عندما حاول الباحثون إنشاء وصلات مواءمة لاسلكية بين الدماغ و الحاسوب للقيام بذلك .

فقد تطلب الأمر الكثير من الطاقة لنقل البيانات بحيث تولد الأجهزة الكثير من الحرارة بحيث لا تكون آمنة للمرضى.

و الآن..

أظهر فريق بقيادة المهندسين الكهربائيين و علماء الأعصاب: البروفيسور كريشنا شينوي Krishna Shenoy، و البروفيسور بوريس مورمان Boris Murmann، و جراح الأعصاب و عالم الأعصاب البروفيسور جيمي هندرسون Jaimie Henderson،

كيف سيكون من الممكن إنشاء جهاز لاسلكي ، قادر على جمع و نقل إشارات عصبية دقيقة ، و لكن باستخدام عُشر الطاقة التي تتطلبها الأنظمة الحالية التي تعمل بالأسلاك. 

و ستبدو هذه الأجهزة اللاسلكية طبيعية أكثر من النماذج السلكية و ستمنح المرضى نطاقاً أكثر حرية.

و يصف طالب الدراسات العليا نير إيفين-تشين Nir Even-Chen و زميل ما بعد الدكتوراه دانتي موراتور Dante Muratore ، نهج الفريق في ورقة بحثية عن الهندسة الطبية الحيوية في الطبيعة Nature Biomedical Engineering.

و قد حدد علماء الأعصاب في الفريق الإشارات العصبية المحددة اللازمة للتحكم في جهاز اصطناعي ، مثل الذراع الروبوتية أو مؤشر الكمبيوتر.

و بعد ذلك صمم مهندسو الكهرباء في الفريق، الدوائر التي من شأنها أن تمكّن وصلة المواءمة المستقبلية اللاسلكية بين الدماغ و الحاسوب، من معالجة هذه الإشارات -المعزولة و المحددة بعناية- و من ثم نقلها ، باستخدام طاقة أقل ، و بالتالي جعلها آمنة لزرع الجهاز على سطح الدماغ.

الاختبارات العملية:

و لاختبار فكرتهم ، جمع الباحثون بيانات عصبية من ثلاثة رئيسيات غير بشرية و مشارك بشري واحد في تجربة إكلينيكية (BrainGate).

و أثناء قيام الأشخاص بأداء مهام الحركة ، مثل وضع المؤشر على شاشة الكمبيوتر ، أخذ الباحثون القياسات.

و  قد أثبتت النتائج صحة فرضيتهم القائلة بأن وصلة المواءمة اللاسلكية يمكن أن تتحكم بدقة في حركة الفرد عن طريق تسجيل مجموعة فرعية من إشارات الدماغ الخاصة بالحركة ، بدلاً من التصرف مثل الجهاز السلكي و جمع إشارات الدماغ بكميات كبيرة.

و الخطوة التالية..

ستكون الخطوة التالية هي بناء غرسة محددة، بناءً على هذا النهج الجديد و المضي قدماً من خلال سلسلة من الاختبارات نحو الهدف النهائي.