واجهة دماغية مباشرة لتشغيل الأطراف الاصطناعية من الجيل التالي

طور باحثو جامعة نورثويسترن واختبروا بنجاح جهاز واجهة دماغية مباشرة يمتلك القدرة على إحداث ثورة في الأسواق. آلية التحكم الجديدة بحجم طابع بريد ويمكنها التواصل مباشرة مع الخلايا العصبية، متجاوزة القنوات الحسية التقليدية.

الاكتشاف قد يكون له تأثير كبير على عدة قطاعات، بما في ذلك الصناعات الطبية، والاتصالات، والعسكرية، والتقنية. يفتح الباب أمام مستوى جديد من أنظمة التحكم عالية التقنية التي قد تجعل التواصل سهلاً كأن تفكر. إليك ما تحتاج إلى معرفته.

تطور التواصل بين الدماغ والآلة

لقد قطع التواصل بين الإنسان والآلة شوطًا طويلًا خلال القرن الماضي. كانت الأجهزة الأولى تتطلب إدخال التحكم مباشرة عبر الترميز من قبل البشر باستخدام لوحات المفاتيح. اليوم، تجعل التقنيات المتقدمة مثل أنظمة الذكاء الاصطناعي القائمة على نماذج اللغة الكبيرة (LLM) التواصل مع الآلات أسهل من أي وقت مضى. ومع ذلك، هناك مجال واحد من تفاعل الإنسان مع الآلة ظل بعيدًا عن متناول الجمهور—التحكم العقلي.
تُعتبر واجهات الدماغ-الآلة (BMIs) منذ زمن طويل الكأس المقدسة للتواصل مع الأجهزة. على عكس طرق التحكم الأخرى، تتجاوز واجهات الدماغ-الآلة المسارات العصبية المسؤولة عن إدخال الحواس (العين، الأذن، اللمس). تتجه هذه الأنظمة مباشرة إلى المصدر لاسترجاع أو إرسال البيانات.

من موجات ألفا إلى الزرعات

تعود تاريخ هذه التقنية إلى عام 1924، عندما سجل هانس بيرجر أول إشارات عصبية على شكل موجات ألفا. بعد عقود، وبدعم من داربا، صاغ جاك فريد المصطلح “واجهة دماغ-كمبيوتر”. بحلول عام 2004، كان مرضى مثل ماثيو ناغل يتحكمون بأجهزة باستخدام زرعات سلكية مثل BrainGate.
ومع ذلك، واجهت التصاميم السابقة قيودًا كبيرة. كانت غالبًا كبيرة الحجم، تتطلب أسلاكًا تمر عبر الجمجمة إلى مصادر طاقة خارجية، وتفتقر إلى الاستقرار على المدى الطويل. حد ذلك من استخدامها إلى بيئات المختبر ومنع الاعتماد الواسع.

الاختراق في نورثويسترن

قد يكون العلماء في جامعة نورثويسترن قد حلوا عدة من هذه المشكلات. وفقًا للدراسة العلمية Patterned wireless transcranial optogenetics generates artificial perception¹ المنشورة في Nature Neuroscience، نجح الفريق في تصميم واختبار آلة واجهة دماغية دقيقة قليلة التدخل.
يستخدم هذا المنبه الضوئي عبر القحف الضوئي المصغر نبضات ضوء أحمر نمطية لتوصيل المعلومات مباشرة إلى الخلايا العصبية الحساسة للضوء في القشرة. من خلال تنشيط مجموعات كبيرة من الخلايا بنماذج زمانية مكانية محددة، يولد “إدراكات اصطناعية” يمكن للدماغ تعلم تفسيرها.

كيف يعمل جهاز “طابع البريد”

تم تصميم واجهة الدماغ-الآلة لتكون صغيرة قدر الإمكان. تصميمها المرن أرق من بطاقة بنكية ويمكن أن يتطابق مع فروة رأس المريض. الزرعة تستقر مباشرة على سطح الجمجمة مع توجيه أضوائها إلى الداخل. يتيح هذا الوضع للجهاز إضاءة الضوء مباشرة عبر الجمجمة للوصول إلى الخلايا العصبية، مما يلغي الحاجة إلى أسلاك تخترق نسيج الدماغ.
جوهر هذه التقنية هو مصفوفة من 64 ميكرو-LED. هذه الأضواء الحمراء قادرة على توصيل الضوء عبر الجمجمة بأقل خسارة، محدثة نمطًا معقدًا وقابلًا للبرمجة. على عكس تصاميم LED الفردية السابقة، يمكن لشبكة الـ64 ضوء تحفيز شبكات واسعة من الخلايا العصبية، محاكاة المعالجة الحسية الطبيعية.

لاسلكي وقليل التدخل

إحدى أكبر مزايا النظام هي قدرته اللاسلكية. من خلال التحكم في الجهاز عن بُعد، أزال الفريق أسلاك التحكم المزعجة وكابلات الطاقة. لا يحسن ذلك فقط من جودة حياة المريض بل يقلل أيضًا من خطر العدوى ويسمح بتحديثات برمجية في الوقت الفعلي.

النتائج: إنشاء “إدراك اصطناعي”

قام المهندسون بالتحقق من نظريتهم باستخدام فئران مختبرية معدلة وراثيًا ذات مناطق حساسة للضوء في قشرتها. كانت النتائج مدهشة.
نجحت الزرعات في توصيل نمط ضوئي محدد إلى خلايا عصبية دقيقة. والأكثر إثارة، تمكنت الفئران من “فك شفرة” هذه الإشارات الاصطناعية. حتى عندما حُرموا من البصر واللمس، استطاعت الفئران التنقل في منطقة اختبار للعثور على الطعام استنادًا فقط إلى إشارات الضوء التي تم بثها إلى أدمغتهم. لقد فسرت نمط الضوء كدلائل ذات معنى، مما يثبت أن الدماغ يمكنه التكيف وفهم هذا الشكل الجديد من التواصل المباشر.

التطبيقات الواقعية والجدول الزمني

اسحب للتمرير →

الطب واستعادة الحواس

هناك نطاق واسع من التطبيقات الطبية لهذه التقنية. يمكن استخدامها لإنشاء أطراف اصطناعية من الجيل التالي تمكّن المستخدم من الشعور والتحكم في الجهاز بأفكاره. كما يمكن أن تساعد الأشخاص الذين يعانون من العمى أو الصمم من خلال توفير محفزات اصطناعية مباشرة إلى أجزاء الدماغ التي تعالج هذه الحواس.
ملاحظة حول التطبيق البشري: على الرغم من أن الجهاز نفسه غير جراحي (يقع خارج الجمجمة)، فإن المكوّن البيولوجي يعتمد على الأوبتوجينيتيك. وهذا يعني أن المرضى سيحتاجون أولاً إلى علاج جيني لجعل خلاياهم العصبية حساسة للضوء. بينما هو شائع حاليًا في نماذج الحيوانات، يمثل هذا التعديل الجيني عائقًا تنظيميًا وسلاميًا كبيرًا أمام الاعتماد البشري، مما يفسر الجدول الزمني الذي يتجاوز 10 سنوات.

العسكرية والدفاع

لطالما سعت القوات العسكرية إلى تعزيز قدرات القتال. قد تساعد هذه المبادرة الجنود على التواصل ومشاركة البيانات عبر ساحة المعركة في الوقت الفعلي دون الحاجة للتحدث، أو التحكم في الأجهزة بسرعة استجابة محسنة.

التركيز السوقي: الاستثمار في واجهات الدماغ-الكمبيوتر

أنفقت عدة شركات ملايين الدولارات على البحث عن طرق لإنشاء واجهات دماغ-كمبيوتر موثوقة. إحدى الشركات التي لا تزال تهيمن على السوق هي ClearPoint Neuro Inc.

ClearPoint Neuro Inc. (NASDAQ: CLPT)

دخلت ClearPoint Neuro Inc. السوق في عام 1998 بهدف تحسين الممارسات الطبية باستخدام التكنولوجيا المتقدمة. تأسست على يد Paul A. Bottomley، وتوفر أنظمة توجيه لإجراءات علوم الأعصاب قليلة التدخل. منصاتهم حاسمة لتوصيل العلاجات الجينية وتحديد مواقع الأقطاب الكهربائية التي ستحتاجها واجهات الدماغ-الآلة من الجيل التالي.

الخلاصة

عند فحصك لهذه الأنظمة الضوئية بالكامل للتواصل بين الدماغ والآلة، يصبح من السهل تصور مستقبل تُتحكم فيه الروبوتات بعقلك. قد تكون هذه الدراسة بداية جيل جديد من الأجهزة التي تُتحكم بالعقل وتُجعل معظم الخيال العلمي يبدو قديمًا.
ما رأيك في الحواسيب التي يتحكم فيها الدماغ؟ هل ستستخدم واحدة؟ اضغط إعجاب، واكتب تعليقًا، وشارك هذا المقال لمناقشة مستقبل الحوسبة.

أحدث أخبار وأسعار سهم ClearPoint Neuro Inc. (CLPT)

المراجع

^{1. Wu, M., Yang, Y., Zhang, J. et al. Patterned wireless transcranial optogenetics generates artificial perception. Nature Neuroscience (2025). https://doi.org/10.1038/s41593-025-02127-6}