واجهة حاسوبية دماغية مزروعة فائقة الرقة تحطم الأرقام القياسية

يتفاعل معظم سكان العالم مع هواتفهم الذكية أو أجهزة الكمبيوتر أو الأجهزة اللوحية باستخدام واجهات الشاشة ولوحة المفاتيح التقليدية. إلا أن هذه الأساليب في التواصل بين الإنسان والآلة قد تصبح قديمة في السنوات القادمة، حيث نجح فريق من المهندسين من مؤسسات مرموقة في ابتكار واجهة دماغية حاسوبية مصغرة قابلة للزرع، تتمتع بإمكانية إحداث ثورة في العديد من الأسواق.

يجمع اختراعهم بين جهاز إرسال واستقبال لاسلكي، ونظام طاقة متطور، ووحدة تحكم رقمية، ومحولات بيانات، وعدة مكونات إضافية لتمكين اتصال ثنائي الاتجاه مباشر وحقيقي مع الدماغ. يُمثل هذا التطور علامة فارقة في مجال واجهات الدماغ والحاسوب، والتي قد تُغير يومًا ما طريقة تفاعل الإنسان مع الآلة. إليك ما تحتاج معرفته.

واجهة الدماغ والحاسوب (BCI)

لقد قطعت واجهات الدماغ والحاسوب شوطاً طويلاً على مدى الخمسين عاماً الماضية. فقد تطورت هذه الأجهزة من مجرد أجهزة استشعار بسيطة قادرة على اكتشاف موجات ألفا إلى أنظمة معقدة يمكنها اعتراض إشارات الدماغ وفك تشفيرها في الوقت الفعلي.

أدى تطور تقنية واجهة الدماغ والحاسوب (BCI) إلى فتح آفاقٍ واسعة لتطوراتٍ واعدة، بما في ذلك إنجازاتٍ بارزة في المجال الطبي. فعلى وجه الخصوص، أثبتت هذه الأجهزة فائدتها في علاج الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات عصبية كالصرع والشلل. ونتيجةً لذلك، ينظر العلماء اليوم إلى هذه التقنية كقطاعٍ هام يمتلك القدرة على مساعدة الملايين.

مشاكل واجهة الدماغ والحاسوب الحالية (BCI)

كما هو متوقع، يتطلب التقاط موجات الدماغ وفك شفرتها للتحكم في الأجهزة الخارجية تعقيدًا تقنيًا كبيرًا. ومن أهم العوامل التي حدّت من استخدام هذه التقنية طبيعتها المعقدة. فحتى وقت قريب، لم تكن أنظمة الذكاء الاصطناعي قادرة على فك شفرة هذه الموجات بدقة، مما يعني أن هذه المهمة كانت تُنجز بواسطة أنظمة الحوسبة التقليدية.

تُقيّد الأجهزة المعقدة واجهات الدماغ والحاسوب الحالية

حتى مع تطور التكنولوجيا ووصولها إلى هذه الإمكانيات، ظلت كبيرة الحجم وغير مريحة وغير عملية للمستخدم. تتطلب الأنظمة الأكثر تطوراً اليوم علبة كبيرة مزروعة لاحتواء معظم المكونات الإلكترونية. يجب زرع هذه العلبة في الجمجمة أو في الصدر، ويتطلب الخيار الأخير كابلات إضافية.

لماذا لا يمكن توسيع نطاق واجهات الدماغ والحاسوب الحالية؟

حالت عدة قيود تصنيعية دون إنتاج هذه الأجهزة بكميات كبيرة. فمن جهة، لم تكن التكاليف الباهظة والدقة المطلوبة لإنتاجها على نطاق واسع متوفرة. ومن جهة أخرى، لم تُصمم التصاميم الحديثة لدعم الإنتاج على نطاق واسع، ما يعني أنها تستخدم أساليب ومكونات تجعل ذلك غير عملي.

دراسة واجهة الدماغ والحاسوب: نظرة داخل غرسة BISC

وإدراكًا لهذه القيود باعتبارها العقبة الرئيسية أمام تحقيق الإمكانات الحقيقية لواجهات الدماغ والحاسوب، انطلق فريق من المهندسين من جامعة كولومبيا ومستشفى نيويورك-بريسبيتيريان وجامعة ستانفورد وجامعة بنسلفانيا لتصحيح هذه المشكلات والبدء في عصر جديد من التحكم بين الإنسان والآلة.

الدراسة¹، بعنوان واجهة لاسلكية بين الدماغ والحاسوب، تحتوي على 65,536 قطباً كهربائياً و1,024 قناة، وموجودة تحت الجافية.نُشرت دراسة في مجلة Nature Electronics تُعيد النظر في النهج برمته من الصفر. يحقق ابتكارهم أداءً لا مثيل له يُعادل تحسينات هائلة مقارنةً بالإصدارات السابقة، وذلك بفضل غرسة عصبية لاسلكية صغيرة للغاية ورقيقة.

نظام الواجهة البيولوجية للقشرة الدماغية (BISC)

يتميز اختراعهم، المسمى نظام الواجهة البيولوجية للقشرة الدماغية (BISC)، بتصميم دائرة متكاملة مبسطة أحادية الشريحة بتقنية أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (CMOS). أبعاده المتناهية الصغر، التي لا تتجاوز 50 ميكرومترًا في السمك و3 مليمترات مكعبة، تجعله أصغر بألف مرة من حجم الزرعة القياسية الحالية، أو ما يعادل سمك شعرة الإنسان تقريبًا.

المصدر - العلم اليومية

يُمكّن هذا التصميم الرقيق من وضعه مباشرةً بين الدماغ والجمجمة. ويحتوي هذا الجهاز الصغير على تقنيات متطورة قادرة على توفير قدرة حاسوبية هائلة. هذه القدرة الحاسوبية ضرورية لالتقاط موجات الدماغ وإرسالها إلى أنظمة الذكاء الاصطناعي المتقدمة التي تُشغّل الجهاز.

نماذج الذكاء الاصطناعي

استند المهندسون إلى عقود من البحث في علم الأعصاب وموجات الدماغ لإنشاء نموذج ذكاء اصطناعي فعال قادر على تسجيل موجات الدماغ وإرسالها واستقبالها. يستطيع نظام الذكاء الاصطناعي فك تشفير مهام محددة، بما في ذلك الحركة والنية والإدراك. وينجز هذه المهمة باستخدام برمجيات وأجهزة استشعار مصممة خصيصًا للتفاعل مع أنظمة الذكاء الاصطناعي.

الأقطاب الكهربائية

لتمكين الاتصال الحقيقي بين مناطق الدماغ، يعمل جهاز BISC كجهاز تخطيط كهربية القشرة الدماغية الدقيقة (µECoG). يستخدم هذا النظام 65,536 قطبًا كهربائيًا، و1,024 قناة تسجيل، و16,384 قناة تحفيز لإنشاء تسجيلات عالية النطاق الترددي لموجات الدماغ في الوقت الفعلي.

تُرسل التسجيلات بعد ذلك إلى أنظمة الذكاء الاصطناعي المتقدمة. تجمع هذه الأنظمة بين خوارزميات التعلم الآلي والتعلم العميق، مما يمكّنها من تفسير الإشارة المعقدة. والجدير بالذكر أن هذا العمل يستند إلى أعمال سابقة في مجال علم الأعصاب الحاسوبي وعلم الأعصاب النظمي، قام بها المؤلفان المساهمان، الدكتور تولياس وبيجان بيساران.

ارتباط لاسلكي

تتيح محطة تقوية الإشارة التي يرتديها المريض اتصالاً عالي السرعة مع الجهاز المزروع. وبما أن الجهاز المزروع يتصل مباشرةً بالدماغ، فإنه يبث الإشارة إلى محطة التقوية. تتصل محطة التقوية القابلة للارتداء بالزرعة عبر وصلة راديوية فائقة العرض (UWB) مصممة خصيصًا تصل سرعتها إلى حوالي 100 ميجابت في الثانية، ثم تُعرّف نفسها خارجيًا كجهاز واي فاي قياسي 802.11.

كيف تم بناء واجهة الدماغ والحاسوب

تم تصنيع غرسة BISC باستخدام آلات وأدوات متوفرة بسهولة، مما يضمن إمكانية الإنتاج على نطاق واسع. وبالتحديد، يعتمد الجهاز على تقنية TSMC ثنائية القطب CMOS-DMOS (BCD) بدقة 0.13 ميكرومتر. وقد مكّن هذا النهج من تقليل حجم الجهاز وشكله من خلال دمج تقنيات أشباه موصلات متعددة في شريحة واحدة لإنتاج دوائر متكاملة للإشارات المختلطة.

تتميز هذه الاستراتيجية بميزة أنها تُمكّن النظام من استقبال الإشارات المنطقية مباشرةً من دوائر CMOS والوظائف التناظرية عالية الجهد. إضافةً إلى ذلك، تُمكّن الجهاز من العمل بكفاءة أعلى باستخدام ترانزستورات DMOS.

اختبار واجهة الدماغ والحاسوب

قام الفريق بتصميم جهاز تجريبي وأجرى عدة اختبارات للتحقق من صحة نظريتهم. ولإنجاز الجوانب الجراحية من مرحلة الاختبار، تعاون الفريق مع يونغرمان في مركز نيويورك-بريسبيتيريان/جامعة كولومبيا إيرفينغ الطبي. وقد طوروا معًا استراتيجية آمنة وبسيطة لزراعة الأعضاء، مما مكنهم من اختبار الجهاز في بيئة جراحية حقيقية.

تضمنت العملية إحداث شق صغير وإدخال الجهاز بين الدماغ وسقف الجمجمة. وبفضل تصميمه المرن والرقيق للغاية، أصبحت العملية أسهل بكثير من الطرق التقليدية. إضافةً إلى ذلك، ولأنها لا تحتوي على أي مكونات أو أسلاك تخترق الدماغ، فقد كانت العملية أكثر أمانًا.

نتائج اختبار واجهة الدماغ والحاسوب

أظهرت الاختبارات القدرات الحقيقية للنظام، إذ تمكن من تسجيل إشارات عالية السرعة مباشرة من الدماغ. كما أظهر أداءً مستقرًا ولم يُلاحظ أي رد فعل سلبي فوري للأنسجة، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في الحالات الطبية التي تتطلب زرعات طويلة الأمد.

فوائد واجهة الدماغ والحاسوب BISC

مرر للتمرير →

تطبيقات واجهة الدماغ والحاسوب في العالم الحقيقي والجدول الزمني

تتعدد تطبيقات الحاسوب المتصل بالدماغ. سيساهم هذا الجهاز في تحسين حياة ملايين الأشخاص الذين يعانون من أمراض عصبية مُنهكة. وقد تُتاح فجأة خيارات علاجية جديدة لأمراض مثل الصرع والشلل والنوبات وفقدان المهارات الحركية وفقدان القدرة على الكلام والعمى.

ستساعد هذه التقنية أيضاً من يحتاجون إلى أطراف صناعية بسبب فقدان أحد الأطراف. سيتيح النظام تواصلاً سلساً، بل ويمكن استخدامه لتقديم ملاحظات فورية للمستخدم، مما يُحسّن تجربة العلاج بشكل ملحوظ.

الخط الزمني

قد يشق هذا المنتج طريقه إلى القطاع الطبي خلال السنوات الخمس القادمة. وعلى عكس المنتجات السابقة، فقد سارعت المجموعة بالفعل في تجاربها السريرية، حيث تجري حاليًا دراسات قصيرة الأجل أثناء العمليات الجراحية على المرضى. لذا، يُتوقع أن نسمع المزيد من الإنجازات المتعلقة بهذه التقنية.

باحثون في مجال واجهة الدماغ والحاسوب

تجمع دراسة BISC بين عدة جوانب من مؤسسات مرموقة. فهي تستفيد تحديدًا من خبرة جامعة كولومبيا في مجال الإلكترونيات الدقيقة، وبرامج جامعة بنسلفانيا وستانفورد في علم الأعصاب. كما تستخدم القدرات الجراحية لمركز نيويورك-بريسبيتيريان/جامعة كولومبيا إيرفينغ الطبي. وقد حصل الفريق على تمويل من منحة المعاهد الوطنية للصحة وبرنامج تصميم أنظمة الهندسة العصبية التابع لوكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA). مكّن هذا التمويل الفريق من تسريع أبحاثه والتحقق من صحة النتائج.

مستقبل واجهات الدماغ والحاسوب فائقة الرقة

يبدو مستقبل هذه التقنية واعداً. وقد أبدى المهندسون بالفعل اهتماماً بتعزيز فعالية نموذج الذكاء الاصطناعي وإجراء تجارب سريرية كاملة على البشر. إضافةً إلى ذلك، سيسعى الفريق إلى إقامة شراكات للمساعدة في تمويل المشروع والحصول على عقود صناعية لتصنيع الجهاز.

واجهة الدماغ والحاسوب | الخاتمة

تفتح دراسة واجهة الدماغ والحاسوب الباب أمام مستقبل خيالي تُتحكم فيه الحواسيب بمجرد التفكير. ستشق هذه الأجهزة طريقها إلى العامة أولاً عبر العلاجات الطبية. ومع ذلك، لن يطول الأمر قبل أن تتمكن من إجراء محادثة عميقة مع هاتفك الذكي دون تحريك شفتيك.

ما رأيك في جهاز واجهة الدماغ والحاسوب هذا؟ هل ستستخدمه يومًا ما؟ اضغط إعجاب، علّق، وشارك هذه المقالة، وانقر هنا. اضغط هنا للتعرف على تقنيات حاسوبية رائعة أخرى.

الاستثمار في تطوير واجهة الدماغ والحاسوب

هناك العديد من الشركات العاملة في قطاع واجهات الدماغ والحاسوب، والتي تتطلع إلى مستقبلٍ يتولى فيه العقل زمام الأمور. وبينما تبقى الشركات الناشئة المتخصصة في هذا المجال عادةً شركات خاصة، يمكن للمستثمرين التوجه إلى شركات التكنولوجيا الطبية الراسخة التي توفر البنية التحتية الجراحية الحيوية اللازمة لزرع هذه الأجهزة. إليكم إحدى هذه الشركات التي تُسهّل إجراء جراحات الأعصاب المعقدة اللازمة للجيل القادم من واجهات الدماغ.

إنتيجرا لايفيسينسز

دخلت شركة إنتغرا لايف ساينسز السوق عام ١٩٨٩. وكان مؤسسها، ريتشارد كاروسو، يطمح إلى توفير المزيد من فرص الحصول على العلاجات العصبية. وقد لاقى هذا النهج دعماً قوياً بفضل مزيج من العلاجات الفعّالة وردود فعل المستثمرين الإيجابية. والجدير بالذكر أن شركة إنتغرا لايف ساينسز طرحت أسهمها للاكتتاب العام عام ١٩٩٥.

في عام ٢٠٠٧، أصدرت الشركة برنامج NeuroSight Arc المُطوّر لرسم خرائط الدماغ، والمُدمج في نظام OmniSight EXcel الخاص بها، والمُستخدم لتخطيط العمليات الجراحية لمرض باركنسون واضطرابات الحركة الأخرى. ومنذ ذلك الحين، واصلت الشركة توسيع محفظة منتجاتها في مجال جراحة الأعصاب. وفي عام ٢٠١٧، استحوذت الشركة على شركة Codman Neurosurgery من شركة Johnson & Johnson مقابل ١.٠٤٥ مليار دولار أمريكي.

ساهمت هذه الخطوة في توسيع نطاق الشركة ومكنتها من تقديم منتجات أكثر تطوراً. ينبغي على الراغبين في دخول مجال التكنولوجيا الطبية إجراء المزيد من البحث حول شركة إنتغرا لايف ساينسز.

آخر أخبار وأداء أسهم شركة إنتغرا لايف ساينسز (IART)

مراجع حسابات

^{1. جونغ، تي، تسنغ، إن، فابري، جي دي وآخرون. واجهة لاسلكية بين الدماغ والحاسوب تحتوي على 65,536 قطبًا كهربائيًا و1,024 قناة. نات إلكترون (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01509-9}