مستقبل اللمس: تعزيز الحواس الاصطناعية لمستخدمي واجهة الدماغ-الحاسوب

التقدمات التقنية السريعة تقترب تدريجياً من تمحيص الخط الفاصل بين البشر والآلات. في طليعة هذا التقدم توجد واجهة الدماغ-الحاسوب (BCI)، التي تُنشئ رابط اتصال مباشر بين النشاط الكهربائي للدماغ ومخرجات خارجية.

من خلال تسهيل التواصل بين الدماغ والحاسوب، تساعد استعادة قدرات الأشخاص ذوي الإعاقات الجسدية. إنها تحول نشاط أدمغتنا إلى إشارات يمكن أن تحلّ أو تحسّن وظائف الجسم، مثل حركة العضلات، عادةً ما يتحكم فيها الدماغ. بهذه الطريقة، تُظهر واجهة الدماغ-الحاسوب إمكانات هائلة في تحسين جودة حياة الناس. 

بعد أن كانت قيد التطوير منذ نصف قرن تقريبًا، شهدت واجهة الدماغ-الحاسوب تقدمًا هائلًا على مر السنين، حيث يُظهر الباحثون الآن قدرة التقنية على استعادة قدرات الأشخاص ذوي الإعاقات بفعالية، مثل الشلل، والضعف الحركي، وصعوبات النطق، وأولئك الذين يعانون من أعراض الفصام.

أظهرت الدراسات أيضًا أن استخدام واجهة الدماغ-الحاسوب يساعد الأشخاص ذوي الإعاقة على استعادة إحساس اللمس المفقود. ومع ذلك، تظل هذه الأحاسيس اللمسية غير كاملة وتتشابه بين الأجسام ذات القوام أو درجات الحرارة المختلفة. الآن، يسعى العلماء إلى إنشاء إحساس باللمس بديهي.

اللمس جزء أساسي من حياتنا، يساعدنا ليس فقط على التواصل مع الآخرين بل أيضًا على التقاط الأشياء والمشي. وفقًا لتشارلز غرينسبون، عالم الأعصاب في جامعة شيكاغو:

“معظم الناس لا يدركون مدى اعتمادهم على اللمس بدلاً من الرؤية. إذا لم تستطع الإحساس، عليك مراقبة يدك باستمرار أثناء القيام بأي شيء، ولا يزال هناك خطر انسكاب أو سحق أو إسقاط الأشياء.”

لإعادة الإحساس في الأطراف الاصطناعية، يستخدم الباحثون مصفوفات صغيرة من الأقطاب الكهربائية تُوضع في مناطق الدماغ المسؤولة عن تلك الوظيفة المحددة. 

هذا يسمح للمشاركين بتحريك أطرافهم باستخدام ذراع روبوتية بمجرد التفكير في الحركة، بينما تُطلق المستشعرات الموجودة عليها نبضات من النشاط الكهربائي في مناطق الدماغ المخصصة لللمس. بينما كان العلماء قادرين على استحضار أحاسيس اللمس، كانت هذه الأحاسيس ضعيفة إلى حد ما وصعبة التحديد فيما يتعلق بمكان الاتصال الفعلي.

ولكن الآن، أظهرت أبحاث جديدة أن مستخدمي واجهة الدماغ-الحاسوب يصممون تجارب لمسية فريدة لأجسام مختلفة تُعرض على الشاشة، ثم يستخدمون الإحساس فقط لتخمين الجسم بدقة معينة.

التحدي في دمج التغذية الراجعة الحسية في الأطراف الاصطناعية

حقق العلماء من كلية الطب بجامعة بيتسبرغ اختراقًا يقترب بهم أكثر من تطوير واجهة دماغ-حاسوب تسمح للأشخاص المصابين بالشلل الرباعي¹، المعروف أيضًا بالشلل الرباعي، لاستعادة إحساس اللمس المفقود.

الشلل الرباعي هو عندما يفقد الشخص الحركة في كل من ذراعيه وساقيه، وغالبًا ما يشمل الجذع أيضًا، عادةً بسبب إصابة في الحبل الشوكي العنقي، أو السكتات الدماغية، أو أضرار عصبية أخرى.

تُعطِّل الضرر الإشارات التي تسمح للدماغ بتلقي ومعالجة المعلومات الحسية مثل اللمس، مما يؤدي إلى فقدان المريض للإحساس في الأطراف المتأثرة.

في حين توفر الأطراف الاصطناعية طرفًا صناعيًا لاستبدال الوظيفة المفقودة، لا يمكن تحقيق ذلك إلا إذا وفرت أيضًا إحساسًا باللمس، مثل الطرف الحقيقي. ركزت الأطراف الاصطناعية التقليدية أساسًا على استعادة الحركة، لكن التقدم التكنولوجي جعل من الممكن الحصول على إحساس باللمس باستخدام المستشعرات والتحفيز الكهربائي.

لإعادة الوظيفة المفقودة للأطراف بالكامل، يجب دمج الجهاز بسلاسة مع نظام الحساسات الحركية الحالي للشخص، الذي يربط الإدراك البشري والعمل.

لتحقيق ذلك، تُعد التغذية الراجعة اللمسية ذات أهمية أساسية. هذا الشكل من التفاعل الحسي مع الأجهزة يدور حول تجارب اللمس الفعلية.

طريقة واعدة لتوفير هذا النوع من التغذية الراجعة هي من خلال التحفيز الدقيق داخل القشرة (ICMS) لقشرة الحسية الجسدية، والتي يمكن أن تُثير أحاسيس موضعية على الطرف المشلول للشخص. من خلال توصيل المعلومات اللمسية مباشرة إلى الدماغ، يُعد ICMS خيارًا جذابًا للأشخاص الذين يعانون من بتر عالي المستوى أو إصابة في الحبل الشوكي.

مع ذلك، تحقيق ذلك ليس بسيطًا بل صعب للغاية بسبب محدودية فهمنا لمعالجة الدماغ لللمس. تقيّد الأجهزة أيضًا القدرة على تكرار الاستجابات العصبية بشكل طبيعي. بالإضافة إلى ذلك، مساحة معلمات التحفيز معقدة، وتُظهر التقارير التي تقيس مدى واقعية التجربة الاصطناعية مع الإحساس تحيّزًا وصعوبة في التفسير.

بينما يمكن نقل موضع وقوة اللمس المستحثة عبر التحفيز الدقيق لقشرة الحسية الجسدية بشكل موثوق، هناك مشكلات في تطوير أحاسيس طبيعية أكثر تعقيدًا، والتي تتضمن تقنيات غير كافية لمسح مساحة واسعة من المحفزات ومشكلات في تحليل جودة الإدراك.

معظم الدراسات التي استكشفت علم النفس الفيزيائي للتحفيز الدقيق (ICMS) قامت بتعديل معلمة تحفيز واحدة في كل مرة. وقد أُجريت معظم هذه الدراسات على الرئيسيات غير البشرية التي لا تستطيع التعبير لفظيًا عن الأحاسيس التي اختبرتها.

هناك ببساطة حاجة إلى طرق أكثر كفاءة لاستكشاف جودة الأحاسيس المستحثة عبر التحفيز الدقيق.

لذلك، في أحدث دراسة، تعاونًا بين جامعة بيتسبرغ وجامعة شيكاغو، قدم العلماء واجهة تعالج تحديات إنشاء أحاسيس طبيعية معقدة.

أشارت الدراسة إلى أنه، مع توقع أن يستخدم الأشخاص واجهات دماغ-حاسوب مغلقة الحلقة في الحياة اليومية، من المهم دراسة الاستخدام الوظيفي وتجربة الأحاسيس المستحثة عبر التحفيز الدقيق.

ومع ذلك، فإن عينة المشاركين المتاحة في مثل هذا البحث محدودة. لا يتوفر سوى حوالي سبعة أشخاص لديهم زرعات داخل القشرة ذات اتجاهين في قشرة الحسية والحركية، وشملت الدراسة ثلاثة منهم.

تمكين مستخدمي واجهة الدماغ-الحاسوب من تحديد تجربتهم الحسية

اُستخدمت الواجهة التي أنشأها العلماء من قبل ثلاثة أفراد ذكور مصابين بالشلل الرباعي لتصميم أحاسيسهم لأجسام افتراضية مختلفة.

صُممت الأحاسيس اللمسية الاصطناعية لتمثيل التفاعل مع قطة، وتفاحة، ومفتاح، ومنشفة، وشريحة توست. تم اختيار هذه الأجسام لتنوع أبعادها اللمسية، بما في ذلك الألفة، والراحة، والحرارة، والملمس الدقيق والكبير، والرطوبة، والاحتكاك، والمرونة.

استخدم المشاركون الوظيفة المتبقية في يدهم اليسرى للتفاعل مع واجهة الجهاز اللوحي التي تولد أحاسيس “لمس” على سطح كفهم.

أثناء استكشاف الأجسام عبر لمسهم الاصطناعي، وصف المشاركون البرودة الدائرية للتفاحة، والسطح الناعم والصلب لمفتاح الباب، والفراء الدافئ للقطة. وهذا يختلف تمامًا عن التجارب السابقة، حيث كان اللمس الاصطناعي غالبًا ما يشعر كتنميل أو طنين، ولم يختلف حتى بين جسم وآخر.

ما ميز هذه التجربة عن الأبحاث السابقة هو أن المشاركين كانوا يتحكمون في تحفيزهم الخاص ويمكنهم استكشاف جسم يُعرض بصريًا.

في التحفيز السلبي، حيث لا توجد رؤية أو استكشاف، عادةً ما يصف الأشخاص الأحاسيس على مستوى الجلد مثل الضغط أو الاهتزاز. ذلك لأن انتباه المشاركين يتركز على أجسامهم.

في المقابل، يركز المشاركون في الاستكشاف النشط على العالم الخارجي. وبالتالي، يفسرون نفس الإدراك كأحاسيس موجهة نحو الكائن مثل الخشونة. قد يكون هذا السبب في أن المشاركين في الدراسة الأخيرة أبلغوا تلقائيًا عن أوصاف إحساس موجهة نحو الكائن.

ساعدت قدرة المشاركين على التحكم في تقديم التحفيز عن طريق “لمس” جسم معروض على الجهاز اللوحي في خلق سياق تجريبي أكثر واقعية. هنا، لم تكن الأحاسيس التي تم اختبارها نتيجة لتحفيز يديره الباحث دون سياق ذي معنى، بل كانت حركات استكشافية موجهة.

بشكل أساسي، منح العلماء مستخدمي واجهة الدماغ-الحاسوب التحكم في تفاصيل التحفيز الكهربائي الذي يخلق الأحاسيس اللمسية بدلاً من اتخاذ تلك القرارات بأنفسهم، مما أتاح لهم إعادة إنشاء إحساس باللمس يبدو بديهيًا بالنسبة لهم. وفقًا للمؤلفة الرئيسية سيسي فيربارشوت، باحثة ما بعد الدكتوراه السابقة في مختبرات هندسة الأعصاب بإعادة التأهيل ببيتسبرغ وحاليًا أستاذة مساعدة في جراحة الأعصاب والهندسة الطبية الحيوية بجامعة تكساس-ساوثويست:

“اللمس جزء مهم من التواصل الاجتماعي غير اللفظي؛ إنه إحساس شخصي يحمل الكثير من المعاني.” 

She added:

“تصميم أحاسيسهم الخاصة يسمح لمستخدمي واجهة الدماغ-الحاسوب بجعل التفاعل مع الأجسام أكثر واقعية ومعنى، مما يقربنا من إنشاء جهاز عصبي صناعي يشعر بالراحة والبديهية عند الاستخدام.”

إعادة بناء الواقع الحسي من المدخلات العصبية فقط

خلال الدراسة، أثناء البحث عن اللمسة المثالية، طلب العلماء من مشاركي واجهة الدماغ-الحاسوب أولاً العثور على تركيبة من معلمات التحفيز التي تشبه اللمس على شريحة توست، أو منشفة، أو مفتاح، أو تفاحة، أو قطة.

في الوقت نفسه، استكشف المستخدمون الجسم المعروض رقميًا. وصف المشاركون في الدراسة الأجسام بعبارات حية، وكانت وصفًا ذاتيًا. على سبيل المثال، وصف أحد المشاركين القطة بأنها ناعمة وحريرية، بينما وصف الآخر إياها بأنها مرفقة ودافئة. ثم أُزيلت الصور، وباستخدام التحفيز فقط، كان عليهم التعرف على الأجسام.

لمحاكاة تجربة “اللمس” لمستخدمي واجهة الدماغ-الحاسوب، قامت الدراسة بتحفيز ثلاثة أقطاب كهربائية بشكل متتابع. كل من هذه الأقطاب، التي تم تشغيلها عبر الاتصال بمناطق مختلفة من الجسم، أثارت إحساسًا في منطقة مجاورة من اليد.

تمكن المشاركون من تحديد أحد خمسة أجسام بدقة دون أي إشارات بصرية بنسبة 35٪ من الوقت، وهو ما يتجاوز الصدفة بشكل ملحوظ لكنه يحتاج إلى تحسين كبير. ومع ذلك، ارتف confusion بين إحساسين للأجسام التي تشترك في خصائص لمسية أكثر.

“صممنا هذه الدراسة لنستهدف القمر وجعلناها في مدار. كان على المشاركين مهمة صعبة للغاية في التمييز بين الأجسام باستخدام الإحساس اللمسي فقط، وقد نجحوا فيها إلى حد كبير.”

– المؤلف الرئيسي للدراسة روبرت غاونت، د.ف., أستاذ مشارك في طب الفيزياء وإعادة التأهيل ببيتسبرغ

أشار غاونت إلى أن الأخطاء كانت “متوقعة” أيضًا، حيث يصعب التفريق بين منشفة وقطة، كلاهما ناعم، بينما كان الارتباك أقل احتمالًا بين قطة ومفتاح.

بشكل عام، وجدت الدراسة أن من الواعد أن المشاركين تمكنوا من إنشاء أحاسيس مميزة للأجسام حتى في بيئة معقدة ذات مساحة معلمات واسعة.

خلصت إلى أن التحفيز الدقيق في قشرة الحسية الجسدية يمكن أن يُثير إدراكات بديهية بخصائص ملموسة متنوعة. وتُظهر المحفزات الأكثر تعقيدًا “فتح مساحة إدراكية أكبر قد تسمح للناس بتمييز الأجسام المستشعرة اصطناعيًا بدقة وبديهية متزايدة.”

هذه خطوة رئيسية نحو إنشاء طرف صناعي يندمج بسلاسة مع العالم الحسي الفريد للفرد.

تركيز متزايد على تحسين اللمس الاصطناعي في واجهات الدماغ-الحاسوب

في عالم واجهات الدماغ-الحاسوب، هناك حاليًا تركيز متزايد على جعل اللمس أكثر بديهية. خلال هذا العام فقط، حقق عدة باحثين تقدمًا في الأذرع الروبوتية الاصطناعية وواجهات الدماغ-الحاسوب لاستعادة التحكم الحركي وإحساس اللمس.

عالج عالم الأعصاب غرينسبون وفريقه القيود الحالية في إنشاء أحاسيس لمسية طبيعية في الأطراف الاصطناعية من خلال التركيز على ضمان أن تكون الأحاسيس اللمسية المحفزة كهربائيًا محددة بدقة، مستقرة، وقوية بما يكفي للاستخدام اليومي.

لهذا، قدموا نبضات قصيرة إلى أقطاب فردية في مراكز اللمس. ثم أبلغ المشاركون عن موقع وقوة كل إحساس شعروا به، مما ساعد في إنشاء خريطة شاملة لمناطق الدماغ للأجزاء الجسدية المحددة.

أظهر الاختبار أن تحفيز قطبين متقاربين معًا جعل المشاركين يشعرون بلمسة أقوى وأكثر وضوحًا.

عمل البحث المكمل على جعل اللمس الاصطناعي أكثر بديهية وغامرة من خلال وضع مجموعات من الأقطاب مع مواقع حسية متداخلة. وقد ولّد ذلك مشاعر وصفها المشاركون بأنها لمسة انزلاقية رقيقة، رغم أن التحفيز المقدم كان على شكل خطوات صغيرة ومحددة.

كما أن تنشيط الأقطاب بشكل متتابع حسّن قدرة المشاركين على التمييز بين الأشكال الملموسة المعقدة والاستجابة للتغييرات في الأجسام التي يتم لمسها، مما يساعد على تقريب التغذية الراجعة البيونية من القدرات المعقدة والدقيقة لللمس الطبيعي.

“نقلنا أحاسيس لمسية تتعلق بالتوجيه، والانحناء، والحركة، والأشكال ثلاثية الأبعاد لمشارك يستخدم طرفًا بيونيًا يتحكم فيه الدماغ. نحن الآن في مستوى آخر من اللمس الاصطناعي. نعتقد أن هذا الغنى ضروري لتحقيق مستوى البراعة، والتلاعب، وتجربة لمسية ذات أبعاد عالية تشبه يد الإنسان.”

– المؤلف الرئيسي للدراسة جياكومو فالي، أستاذ مساعد في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا.

في الوقت نفسه، اخترع العلماء في معهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية أجهزة قابلة للارتداء يمكنها تقديم أحاسيس لمسية معبرة مثل لمسة مهدئة، وضغط على الجلد، واهتزازات بترددات واسعة، متجاوزة قدرات الأجهزة الحالية.

لتوسيع الأحاسيس اللمسية، طوروا أجهزة قابلة للارتداء تعمل بالكهرباء تُدعى CUTE (التحكم الكهربائي الهيدروليكي الجلدي) يمكن تخصيصها لتقديم أنواع متعددة من اللمسات عبر تغيير الجهد مع مرور الوقت.

“تظهر أجهزتنا CUTE إمكانية إنشاء أنظمة قابلة للارتداء خفيفة الوزن توفر تواصلًا لمسيًا ممتعًا ومعبرًا. قد ترى التطورات المستقبلية هذه التقنية تُطبق على مناطق أكبر من الجسم، مُنتجة أحاسيس أكثر تعقيدًا، وحتى دراسة إدراك الإنسان للإشارات اللمسية التي كان من الصعب إنشاؤها سابقًا.”

– المؤلفة الأولى ناتاليا سانشيز، طالبة دكتوراه في معهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية

الاستثمار في مجال واجهة الدماغ-الحاسوب

Most companies working on brain-computer interfaces are still private, which makes it hard for regular investors to get exposure. ClearPoint Neuro (CLPT ) is one of the few public exceptions. It doesn’t build BCIs itself, but its MRI-guided surgical tools are already used in hospitals to implant neural devices. That makes it a behind-the-scenes player helping push the field forward—and a rare chance to invest in this space through the public market.

ClearPoint Neuro Inc.

تُعد ClearPoint Neuro، شركة تمكين العلاج الجيني، متخصصة في التنقل الدقيق إلى الدماغ والعمود الفقري. من خلال توفير منصات تُسهل وضع الأجهزة بدقة في الدماغ، تلعب تقنيتها دورًا مهمًا في تطوير وتنفيذ أنظمة واجهة الدماغ-الحاسوب وتعزيز تطبيقاتها.

مع أكثر من 50 شريكًا في مجال الصيدلة الحيوية وأكثر من 75 مركزًا للجراحة العصبية على مستوى العالم، تُعد ClearPoint في موقع جيد للنمو في هذه الصناعة الناشئة.

مع قيمة سوقية تبلغ 387 مليون دولار، يتم تداول أسهم الشركة حاليًا بسعر 13.86 دولار، بانخفاض قدره 9.75٪ حتى الآن هذا العام. ربح السهم (TTM) هو -0.70 ومعدل السعر إلى الربح (TTM) هو -19.68، ولا تُقدَّم أي توزيعات أرباح للمساهمين.

فيما يتعلق بالبيانات المالية للشركة، أبلغت ClearPoint عن إيرادات قدرها 31.4 مليون دولار لعام 2024. مع زيادة بنسبة 31٪ عن العام السابق، شهدت الشركة عامها العاشر المتتالي من النمو. خلال هذه الفترة، حققت أيضًا هامش ربح إجمالي بنسبة 61٪ على مبيعاتها، بزيادة 4٪ عن العام السابق.

قال الرئيس التنفيذي جو بورنت إن هذا كان “أقوى أداء مالي واستراتيجي”، مضيفًا: “من المهم جدًا أن نشعر أننا دخلنا المرحلة التالية من ClearPoint كشركة، وهي المرحلة التي نسميها ‘سريع. إلى الأمام.’”

بعد سداد مبكر لسند قابل للتحويل بقيمة 10 ملايين دولار، لم تكن لدى الشركة أي ديون مستحقة بنهاية العام. كان استهلاك النقد خلال هذه الفترة 9 ملايين دولار، أي أقل بنسبة 35٪ مما أنفقته ClearPoint في عام 2023. وبحلول 31 ديسمبر 2024، كان لدى الشركة نقد وما يعادله بقيمة 20.1 مليون دولار.

مؤخرًا، تقدمت الشركة بطلب إلى إدارة الغذاء والدواء (FDA) لتوسيع استخدام نظام ClearPoint Prism Neuro Laser Therapy للـ MRI. قد يفتح هذا التحرك السوق الأمريكي غير المتاح حاليًا للعلاج الحراري داخل الأنسجة (LITT) أمامها.

آخر المستجدات حول ClearPoint Neuro Inc.

الخلاصة

بفضل قدرتهم على تحديد نيتنا في التحرك أو التحكم في شيء في بيئتنا مباشرةً من نشاط الدماغ، تُظهر واجهات الدماغ-الحاسوب (BCI) إمكانات هائلة في إحداث ثورة في طريقة تفاعل البشر، وخاصةً ذوي الإعاقات، مع التكنولوجيا والعالم من حولهم. تُتيح واجهات الدماغ-الحاسوب للمستخدمين التحكم في الأجهزة باستخدام أفكارهم فقط.

تشير الدراسة من كلية الطب ببيتسبرغ، التي تسمح للمستخدمين بإنشاء بيئات لمسية خاصة بهم، إلى تحول مهم من مجرد استعادة الوظيفة إلى استعادة التجربة. تُظهر أن الأطراف الاصطناعية يمكن أن تكون أكثر من مجرد أدوات؛ بل يمكن أن تكون امتدادات للذات.

لا يزال هذا مجرد بداية، مع مساحة كبيرة للتحسين. ومع ذلك، مع تطور أنظمة واجهة الدماغ-الحاسوب، سيستمر الخط الفاصل بين الإحساس الاصطناعي والبيولوجي في التلاشي، ومعه ستظهر قدرات متقدمة ستعيد تشكيل طريقة إدراكنا وتفاعلنا وحتى تعريفنا للوعي.

انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل شركات واجهة الدماغ-الحاسوب.

الدراسات المشار إليها:

1. Verbaarschot, C., Karapetyan, V., Greenspon, C. M., Cramer, A., van der Kouwe, A., Wendelken, S., … & Andersen, R. A. (2025). نقل خصائص الأجسام اللمسية من خلال التحفيز الدقيق داخل القشرة المخصص لقشرة الحسية الجسدية البشرية. Nature Communications, 16, 4017. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58616-6