جهاز التحفيز الضوئي للدماغ والإدراك الاصطناعي

ابتكر فريق بحثي من جامعة نورثويسترن جهازًا لاسلكيًا متطورًا قادرًا على إرسال معلومات ضوئية مباشرة إلى الدماغ، متجاوزًا بذلك المسارات الحسية الطبيعية للجسم. يمثل هذا الابتكار قفزة نوعية في مجال علوم الأعصاب، حيث يفتح آفاقًا جديدة لفهم الإدراك الاصطناعي وتطوير علاجات مستقبلية للأمراض العصبية.

آلية عمل جهاز التحفيز الضوئي للدماغ

يعمل الجهاز، الذي نُشرت تفاصيله في مجلة "نيتشر نيورساينس"، عن طريق شريحة عصبية مرنة بحجم حبة الملح توضع تحت فروة الرأس وعلى سطح الجمجمة. ترسل هذه الشريحة أنماطًا دقيقة من الضوء عبر العظام لتنشيط خلايا عصبية محددة في القشرة الدماغية، وهي خلايا تم تعديلها جينيًا لتكون مستجيبة للضوء. في التجارب الأولية على نماذج فأرية، تمكنت الفئران من تفسير هذه الإشارات الضوئية كمعلومات ذات معنى، مما سمح لها باتخاذ قرارات وإكمال مهام سلوكية معقدة دون الاعتماد على حواسها التقليدية كاللمس أو البصر أو السمع.

إمكانات علاجية وتطبيقية واسعة

يعد هذا الابتكار بفتح آفاق علاجية واسعة وغير مسبوقة في الطب الحديث، حيث يمكن استخدامه لاستعادة الإحساس في الأطراف الصناعية، مما يعزز جودة حياة المستخدمين. كما يساهم الجهاز في تطوير محفزات بصرية وسمعية اصطناعية، مما يوفر حلولًا مبتكرة للأشخاص الذين يعانون من فقدان الحواس. علاوة على ذلك، يمكن للجهاز تعديل إحساس الألم دون الحاجة إلى الأدوية الأفيونية، ويسهم في تعزيز التأهيل بعد السكتات الدماغية أو الإصابات العصبية، بالإضافة إلى إمكانية التحكم في الأطراف الروبوتية مباشرة بواسطة الدماغ.

أوضحت الباحثة ييفجينيا كوزوروفيتسكي، قائدة الفريق، أن هذا الجهاز يوفر وسيلة مباشرة للوصول إلى كيفية تحويل الدماغ للنشاط الكهربائي إلى تجربة شعورية. يتيح هذا النهج الفريد إمكانية خلق إشارات عصبية جديدة، ومراقبة كيفية تعلم الدماغ لاستخدامها بفعالية في معالجة المعلومات.

تطورات تقنية متقدمة في التحكم العصبي

يمثل هذا الجهاز خطوة متقدمة مقارنة بالإصدارات السابقة التي كانت تعتمد على ميكرو-LED واحد للتحكم في نشاط مجموعة محدودة من الخلايا العصبية. يتميز الجهاز الحالي بمصفوفة من 64 ميكرو-ليد صغيرة جدًا، مع وحدة تحكم لاسلكية مدمجة، مما يسمح بإرسال تسلسلات ضوئية معقدة تحاكي النشاط الطبيعي للدماغ بدقة عالية. يعمل الجهاز بالكامل تحت الجلد، ويبلغ حجمه تقريبًا حجم طابع بريدي، وأقل سماكة من بطاقة الائتمان، مما يجعله أقل تدخلاً وأكثر أمانًا للاستخدام طويل الأمد.

أشار جون روجرز، رائد الإلكترونيات الحيوية في نورثويسترن، إلى أن تطوير الجهاز استلزم إعادة التفكير في طرق توصيل التحفيز النمطي للدماغ بطريقة قابلة للزرع وغير مؤذية. يخطط الباحثون لتوسيع إمكانيات الجهاز في المستقبل، بما في ذلك زيادة عدد الليدات وتقليل المسافات بينها، وتغطية أجزاء أكبر من القشرة الدماغية، واستخدام أطوال موجية للضوء يمكنها الوصول إلى أعماق أكبر داخل الدماغ البشري.

يأمل الفريق البحثي أن تفتح هذه التقنية المبتكرة آفاقًا جديدة لفهم أعمق للدماغ البشري، واستعادة الحواس المفقودة نتيجة للإصابات أو الأمراض. كما يهدفون إلى توفير أداة بحثية قوية لعلماء الأعصاب، تساعدهم في الكشف عن أسرار الدماغ المعقدة.