دعم القدرات البشرية: نظرة عام 2023 على الأنثروبوتات والترانزستورات العضوية وزرعات الدماغ

يفتح الابتكار مجالات جديدة للرعاية الصحية والأجهزة المساعدة ودعم القدرات البشرية. يقدم هذا المقال نظرة تاريخية على أبحاث وتجارب عام 2023. وكان التقدير القديم الذي نقله النص عن سوق تعزيز الإنسان يتوقع نموه من نحو 143 مليار دولار في 2022 إلى 645.9 مليار دولار في 2030. وهذا توقع تاريخي، لا حجم سوق متحقق ولا تقدير حالي.

لم تعد التقنيات الداعمة للقدرات الجسدية والمعرفية مجرد خيال علمي. فقد أنتج البحث والاستثمار أجهزة مفيدة ونماذج أولية، مع بقاء فرق بين نتائج المختبر والتجارب السريرية والاستخدام العلاجي المعتاد.

إذن، اليوم، دعونا نرى ما هو الموضوع بالكامل وما نوع التجارب والابتكارات التي تحدث في هذا المجال!

ما هو تعزيز الإنسان؟

في البداية، تعزيز الإنسان هو أساسًا تحسين الجسم البشري، بهدف زيادة قدراتنا أو إنتاجيتنا. يُشار إليه أيضًا باسم الإنسان 2.0، حيث يتم تحقيق هذا التحسين في القدرة على أداء الأعمال العقلية والبدنية بمساعدة أدوات خارجية أو من خلال دمجها في أجسامنا.

توسع الأجهزة القابلة للارتداء، مثل الساعات الذكية، والأجهزة المحمولة باليد، مثل الهواتف، قدرتنا على التواصل والوصول إلى المعلومات. وتؤدي النظارات والمجاهر والميكروفونات الحساسة دوراً مماثلاً في دعم قدراتنا الطبيعية.

يشمل هذا المجال تقنيات متفاوتة النضج، من منتجات تجارية إلى أبحاث مبكرة، منها:

• العلاج الجيني
• واجهات الدماغ-الحاسوب (BCI)
• زرعات الدماغ
• الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد
• الترانزستورات العضوية
• الروبوتات
• الوكلاء الافتراضيون
• الواقع المعزز (AR)
• الأجهزة السيبرانية

يسهم الذكاء الاصطناعي في التطوير أيضاً، بما في ذلك الأطراف الصناعية والروبوتات المساعدة. أما مفهوم الإنسان الآلي الخاضع بالكامل للذكاء الاصطناعي فليس في درجة الجاهزية نفسها التي تتمتع بها الأجهزة العملية المتاحة.

الآن، دعونا نلقي نظرة أعمق على كل ما يجري في هذه الصناعة وكيف تساعد الابتكارات المختلفة في تعزيز قدرات الإنسان.

تقنيات تدعم القدرات البشرية

أنتج العلم والتقنية وسائل مختلفة لمساعدة وظائف الجسم أو تحسينها. وتختلف الأمثلة التالية في مرحلة تطورها وحدود استخدامها.

الأجهزة القابلة للارتداء

تربط الأجهزة التفاعلية القابلة للارتداء الأنشطة الجسدية بالخدمات الرقمية. وقد تقيس المستشعرات بيانات الحركة أو الصحة وتيسر التعامل مع الأجهزة المتصلة. وتعتمد فائدة المعلومات على المستشعر والبرمجيات وظروف الاستخدام.

تُستخدم الهياكل الخارجية في الدعم الجسدي لأعمال البناء والتصنيع وفي إعادة التأهيل. وكان توقع قديم نشرته ABI Research في ديسمبر 2015 يقدر سوق 2025 بنحو 1.8–1.9 مليار دولار. وهذا ليس مبيعات متحققة في 2025 ولا توقعاً جديداً صدر في 2023.

النظارات الذكية مثال آخر. وكانت منتجات Ray-Ban التابعة لـMeta في 2023 توفر التصوير والفيديو والموسيقى والمكالمات. والنظارات الذكية وشاشات الواقع المعزز وخوذ الواقع الافتراضي فئات مختلفة. وتوافر تطبيقات مثل Netflix (NFLX ) وAccuWeather يعتمد على الجهاز والمنصة، ولا يثبت أنها تعمل على كل نظارة ذكية. ووجود كاميرا لا يعني اتصالاً مباشراً بالدماغ؛ كما تختلف ميزات العرض والملاحة بين الطرز.

قد تساعد أجهزة Timekettle في ترجمة المحادثات، لكنها لا تجعل المستخدم يتقن اللغات فوراً. وتُبحث أيضاً مستشعرات وتطبيقات تحول لغة الإشارة إلى صوت، وتتوقف قدرتها على اللغة والسياق والتدريب.

انقر للحصول على قائمة بأفضل شركات تتبع الصحة القابلة للارتداء للاستثمار فيها.

الترانزستورات العضوية

تظهر الترانزستورات العضوية كمرشحين واعدين لتطبيقات الاستشعار الحيوي بفضل توافقها الحيوي، ومرونتها، وقابليتها الواسعة للمعالجة. تعتمد هذه الأجهزة على التفاعل بين الطبقات النشطة والمواد التحليلية المستهدفة.

واجه تطوير المستشعرات القائمة على الترانزستورات العضوية تحديات. وتشمل المسارات البحثية التصميم الجزيئي، وربط أشباه الموصلات بالمستقبلات الحيوية، والحد من تأثير حجب ديباي.

تستخدم بعض التصاميم قناة رأسية لتحسين السرعة والتكامل. وفي الترانزستور الكهروكيميائي العضوي (OECT)، تنظم أيونات الإلكتروليت توصيل البوليمر. وتسمى حاملات الشحنة الموجبة فجوات؛ أما الإلكترونات فسالبة الشحنة وليست موجبة.

أما باحثو جامعة تافتس في Silklab فطوروا ترانزستورات هجينة دقيقة من السيليكون والحرير تستجيب للحالات الحيوية والبيئة. ويعمل بروتين الحرير، الفيبرُوين، طبقة عازلة يمكن ترسيبها وتعديلها بجزيئات أخرى. وكان نموذج حساس التنفس يقيس تغير الرطوبة. أما تشخيص أمراض القلب والرئة أو انقطاع النفس أثناء النوم فكان من التطبيقات المستقبلية المحتاجة إلى تعديل وتحقق، لا قدرة سريرية مثبتة.

وفي يوليو 2023، طور باحثو كلية الهندسة بجامعة كولومبيا أيضاً دوائر إلكترونية حيوية عضوية مرنة. ووصف كونها أصغر من شعرة بمئة مرة يتعلق ببنية الترانزستور الدقيقة، لا حجم الزرعة كلها. وسجلت دوائر vIGT إشارات دماغية وأرسلتها في قوارض تتحرك بحرية. وكانت تستمد طاقة تشغيلها لاسلكياً من تيار متردد مطبق من الخارج، لا تولد الطاقة من تلقاء نفسها.

الأنثروبوتات

الأنثروبوتات ليست روبوتات على هيئة الإنسان، بل تراكيب حيوية صغيرة تتجمع ذاتياً من خلايا القصبة الهوائية لدى البالغين. وفي دراسة نوفمبر 2023، تحركت مجموعات غير معدلة وراثياً بحجم نحو 30–500 ميكرومتر على طبق مختبري، وشجعت النمو في طبقة خلايا عصبية خُدشت تجريبياً. ولم يكن ذلك علاجاً مثبتاً لدى المرضى.

جاء هذا العمل بعد أبحاث سابقة وصفها الباحثون باستخدام خلايا أجنة الضفدع لصنع Xenobots. وهذه مختلفة عن الأنثروبوتات البشرية. وأظهرت بعض تجارب Xenobots التنقل وجمع المواد وتسجيل المعلومات والتعافي من الضرر، مع تكاثر لبضع دورات في ظروف محدودة. أما الأنثروبوتات فلا تتكاثر. وقد تساعد هذه الأنظمة في فهم تكوين الأنسجة والأعضاء وتطوير العلاجات التجديدية.

تُبحث روبوتات وأجهزة على المقياس النانوي للتفاعل الموجه أو إيصال الدواء. ولا يصح تقديم نانوبوتات منتشرة في الجسم لتعزيز المناعة عموماً بوصفها علاجاً طبياً مستقراً.

الأطراف الصناعية

قد تساعد الأطراف الصناعية في تعويض وظيفة مفقودة أو متأثرة. وتحاكي بعض الأجهزة حركات الطرف الطبيعي، لكنها لا تعيد بالضرورة كل وظيفة أو إحساس. ويمكن للتصميم المناسب للفرد أن يدعم الأعمال اليومية والمهارات الدقيقة؛ وهذا تعويض وظيفي لا استنساخ بيولوجي.

تشمل الأمثلة أدوات تناول الطعام المساعدة مثل Liftware لمن يعانون من الرعشة أو محدودية الحركة، وأصابع صناعية لمن فقدوا أصابعهم. وتطور Naked Prosthetics أجهزة مخصصة لدعم وظيفة الأصابع واليد. وأداة الطعام المساعدة تختلف عن الطرف الذي يحل محل جزء من الجسم.

التقدم التكنولوجي يبسط أيضًا عملية إنشاء هذه الأطراف الصناعية. في هذا المجال، تُحدث الطباعة ثلاثية الأبعاد ثورة في عملية التصميم، محولة إياها إلى سير عمل رقمي كامل. تتضمن هذه العملية التقاط مسح ثلاثي الأبعاد للطرف باستخدام ماسح ضوئي رقمي، ثم استخدام برنامج CAD لإنشاء ملف تصميم مخصص، يمكن استيراده بسلاسة إلى طابعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع قواعد الأطراف الصناعية المخصصة.

زرعات الدماغ

أعلنت Neuralink في مايو 2023 الحصول على إذن FDA لأول دراسة بشرية، وبدأت استقطاب المشاركين في سبتمبر 2023. ولم يكن ذلك اعتماداً تجارياً عاماً؛ وكانت أول عملية زرع في يناير 2024. وتعمل Kernel على القياس الدماغي غير الباضع. أما NextMind، التي طورت واجهة غير باضعة، فقد استحوذت عليها Snap في مارس 2022.

تختلف أهداف زرعات الدماغ. فبعض أجهزة التحفيز الدماغي العميق معتمدة لحالات محددة مثل بعض مرضى باركنسون، بينما قد تظل واجهات التحكم بالحاسوب وتطبيقات أخرى قيد الدراسة. ولا تمثل مراقبة الدماغ وتعديل نشاطه والتحكم بالطرف الصناعي وظائف متاحة كلها في علاج واحد.

تُدرس أيضاً الاستثارة الموجهة والتغذية العصبية الراجعة للنوم والذاكرة. أما توسيع الذاكرة أو تخزين المعلومات عموماً لدى الأصحاء بشريحة دماغية فهو تصور مستقبلي، وليس ميزة مثبتة ومتاحة للجميع.

انقر هنا لتعلم المزيد عن زرعات الدماغ.

الطباعة الحيوية

تستخدم الطباعة الحيوية الخلايا والمواد الحيوية لبناء تراكيب نسيجية ثلاثية الأبعاد. وتطور TissueLabs منصات وأجهزة للأبحاث؛ أما الإنتاج المعتاد لأعضاء كاملة قابلة للزرع فهو تحد مختلف. وفي تجربة سريرية بتكساس عام 2022 زُرعت بنية غضروفية للأذن مطبوعة حيوياً من خلايا المريضة. ولم يكن ذلك طباعة لكل وظائف الأذن أو اعتماداً عاماً لزرع الأعضاء.

تُستخدم الأحبار الحيوية والبثق والليزر والطباعة الضوئية المجسمة لبناء تراكيب نسيجية وأعضاء حيوية اصطناعية تجريبية.

تبحث Altos Labs وCalico في بيولوجيا الشيخوخة. وتركز Altos على التجدد الخلوي وإعادة البرمجة. والبحث المتصل بالخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات لا يعادل علاج تجديد مكتمل التطوير ومعتمداً.

انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل أسهم الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد.

الذكاء الاصطناعي

يساعد الذكاء الاصطناعي في التحليل والمهام في الصحة والمالية والاتصالات وغيرها. ويتنبأ AlphaFold من Google DeepMind ببنية البروتينات ثلاثية الأبعاد، مما يدعم أبحاث الأحياء والأدوية. لكن التنبؤ وحده لا ينتج علاجاً مثبتاً.

تُدرس وتُستخدم أنظمة تحلل الإشارات العصبية وتقدم التحفيز استجابة لها في مجالات مثل الصرع وباركنسون. وليس كل جهاز مغلق الحلقة نظام ذكاء اصطناعي متقدماً. كما يختلف تحسين الإدراك عموماً لدى الأصحاء عن الأهداف العلاجية الخاصة بمرض معين.

يمكن لمساعدي الذكاء الاصطناعي دعم المستخدم في مهام بسيطة أو معقدة بحسب سلوكه وتفضيلاته. وتشمل التطبيقات الممكنة لكبار السن والأشخاص ذوي الإعاقة المعلومات والتواصل والتحكم بالأجهزة المساعدة، وفق قدرات كل نظام.

قد توفر الروبوتات الجراحية كاميرات ومستشعرات بصرية أخرى، وليس «بطاريات بصرية»، مع تحكم دقيق بالأدوات لمساعدة الجراح. ويجري تطوير التكامل مع الذكاء الاصطناعي أيضاً. ولا تعني المساعدة إجراء كل عملية جراحية بصورة مستقلة ومثبتة.

انقر هنا لتتعرف على كل ما يتعلق بالاستثمار في الذكاء الاصطناعي.

مؤسسات وشركات تطور تقنيات دعم القدرات البشرية

تشارك الشركات الكبرى والصغرى والناشئة والفرق الأكاديمية في هذا المجال. وفيما يلي أمثلة في سياق عام 2023:

1. BrainGate

تُجرى أبحاث BrainGate السريرية عبر اتحاد أكاديمي من جامعات ومستشفيات. ويستخدم أقطاباً دقيقة في الدماغ لدراسة تحكم المصابين بالشلل في الحاسوب والأجهزة المساعدة، بمن فيهم بعض المصابين بإصابة الحبل الشوكي أو سكتة جذع الدماغ أو ALS. وفي 2021، أظهر الفريق استخدام مرسل لاسلكي عالي النطاق لدى البشر. وفي دراسة الكلام BrainGate2 لعام 2023، فُكت إشارات محاولة الكلام لدى مشارك واحد مصاب بـALS بسرعة 62 كلمة في الدقيقة. أما 160 كلمة فكانت معيار المقارنة للكلام الطبيعي، لا السرعة المحققة.

2. Synchron

Stentrode من Synchron واجهة دماغ-حاسوب داخل وعاء دموي تُدرس لدعم التواصل والتحكم الرقمي لدى المصابين بشلل شديد. وتتجنب جراحة الدماغ المفتوحة لكنها تحتاج إلى إجراء طبي باضع عبر الأوعية. وكان أول زرع بشري للشركة في أستراليا عام 2019 وأول زرع لها بالولايات المتحدة في يوليو 2022، لا أول زرع BCI بشري في التاريخ. ولا ينبغي الخلط بين منح بحثية مثل دعم NIH وبين استثمار في الأسهم من وزارة الدفاع أو DARPA.

3. Emotiv

تطور Emotiv، شركة أمريكية في تقنيات الأعصاب والمعلوماتية الحيوية، سماعات EEG قابلة للارتداء وأدوات لتحليل بيانات الدماغ، للأبحاث والتفاعل بين الإنسان والحاسوب. وقد تحدثت الشريكة المؤسسة والرئيسة التنفيذية Tan Le عن استخدام تحليل الأداء السلوكي والمعرفي في منتجات أكثر تخصيصاً. وتظل الموافقة والخصوصية مهمتين عند استخدام البيانات.

وضمت أمثلة النص الأصلي لعام 2023 أيضاً Google وRaytheon وApple (AAPL ) وMicrosoft (MSFT ) وMeta وSamsung Electronics وNeurable وVuzix Corporation (VUZI ) وBlackrock Neurotech وEkso Bionics وMagic Leap وB-Temia وKernel وMindMaze وReWalk Robotics وSecond Sight Medical. وهذه قائمة تاريخية قد تتغير أسماؤها أو هياكل شركاتها لاحقاً.

الخلاصة

تقدم تقنيات دعم القدرات البشرية فرصاً مفيدة، مع قضايا أخلاقية وعملية تشمل المنافسة غير العادلة والتكلفة والوصول والخصوصية والموثوقية والسلامة والاعتماد على الذكاء الاصطناعي.

سعى البشر طويلاً إلى تحسين قدراتهم. وعند تقييم هذا المجال، يجب التمييز بين الأجهزة المساعدة المتاحة والأبحاث المبكرة والتصورات المستقبلية البعيدة. ويحتاج الاستخدام الواسع إلى موازنة الابتكار والأدلة الموثوقة وسلامة المستخدم.