واجهة دماغية حاسوبية رقيقة للغاية مُزرعة تُحطم الأرقام القياسية

يتفاعل غالبية الناس في العالم مع هواتفهم الذكية أو الحواسيب الشخصية أو الأجهزة اللوحية باستخدام واجهات الشاشة ولوحة المفاتيح التقليدية. ومع ذلك، قد تصبح هذه الأساليب من التواصل بين الإنسان والآلة قديمة في السنوات القادمة بعد أن نجح فريق من المهندسين من مؤسسات مرموقة في إنشاء واجهة دماغية حاسوبية مصغرة قابلة للزرع لديها القدرة على إحداث ثورة في عدة أسواق.

يجمع اختراعهم بين جهاز إرسال واستقبال لاسلكي، ونظام طاقة متقدم، ووحدة تحكم رقمية، ومحولات بيانات، والعديد من المكونات الإضافية لتمكين التواصل الثنائي الحقيقي مباشرةً مع الدماغ. يمثل هذا التطور علامة فارقة كبرى لتقنيات واجهات الدماغ الحاسوبية التي قد تعيد تشكيل طريقة تفاعل البشر والآلات في يوم من الأيام. إليكم ما تحتاجون إلى معرفته.

واجهة دماغية حاسوبية (BCI)

قطعت واجهات الدماغ الحاسوبية شوطًا طويلًا خلال الخمسين عامًا الماضية. تطورت هذه الأجهزة من حساسات بسيطة قادرة على اكتشاف موجات ألفا إلى أنظمة معقدة يمكنها اعتراض وفك تشفير إشارات الدماغ في الوقت الحقيقي.

فتح نمو تكنولوجيا BCI الباب أمام بعض التطورات المثيرة، بما في ذلك الاختراقات في المجال الطبي. على وجه الخصوص، ثبت أن هذه الأجهزة مفيدة في مساعدة علاج الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات عصبية مثل الصرع أو الشلل. وبالتالي، يرى العلماء الآن هذه التقنية كقطاع مهم يمتلك القدرة على مساعدة الملايين.

مشكلات واجهة الدماغ الحاسوبية الحالية (BCI)

كما قد يتوقع المرء، يتطلب التقاط وفك تشفير موجات الدماغ للتحكم في الأجهزة الخارجية تعقيدًا تكنولوجيًا كبيرًا. أحد العوامل الرئيسية التي حدت من هذه التقنية هو طبيعتها المعقدة. حتى وقت قريب، لم تكن أنظمة الذكاء الاصطناعي قادرة على فك تشفير هذه الموجات بدقة، مما يعني أن المهمة كانت تُنجز بواسطة أنظمة الحوسبة التقليدية.

الأجهزة الضخمة تقيد واجهات الدماغ الحاسوبية الحالية

حتى عندما بدأت التقنية في تحقيق هذه القدرات، ظلت كبيرة الحجم وغير مريحة وغير عملية للمستخدم. تتطلب الأنظمة المتقدمة اليوم حاوية زرعية كبيرة لتخزين معظم المكونات الإلكترونية. يجب زرع هذه الحاوية في الجمجمة أو في الصدر، ويتطلب الخيار الأخير كابلات إضافية.

لماذا لا يمكن توسيع نطاق واجهات الدماغ الحاسوبية الحالية

لقد جعلت عدة قيود تصنيع إنتاج هذه الأجهزة على نطاق واسع أمرًا مستحيلًا. أولاً، لم تتوفر التكاليف الضخمة والدقة المطلوبة لإنشاء هذه الأجهزة على نطاق واسع. بالإضافة إلى ذلك، لم تُصمم التصاميم الحديثة لدعم الإنتاج الضخم، مما يعني أنها تستخدم أساليب ومكونات تجعل ذلك غير معقول.

دراسة واجهة الدماغ الحاسوبية: داخل زرع BISC

إدراكًا لهذه القيود كالعقبة الرئيسية أمام تحقيق الإمكانات الحقيقية لتقنيات BCI، انطلق فريق من المهندسين من جامعة كولومبيا، ومستشفى نيويورك بريسبيتيريان، وجامعة ستانفورد، وجامعة بنسلفانيا لتصحيح هذه المشكلات وإدخال عصر جديد من التحكم البشري-الآلي.

الدراسة¹، التي تحمل العنوان ‘واجهة دماغية حاسوبية لاسلكية تحت الجافية تحتوي على 65,536 قطبًا كهربائيًا و1,024 قناة’، نُشرت في مجلة Nature Electronics وتعيد التفكير في النهج بالكامل من الصفر. يحقق اختراعهم أداءً لا مثيل له يساوي تحسينات بأوامر حجمية مقارنةً بالإصدارات السابقة، كل ذلك من زرع عصبي لاسلكي رقيق للغاية.

نظام الواجهة البيولوجية إلى القشرة (BISC)

اختراعهم، المسمى نظام الواجهة البيولوجية إلى القشرة (BISC)، يتميز بتصميم دائرة متكاملة من نوع CMOS (معدن-أكسيد-شبه موصل) مبسط على شريحة واحدة. أبعاده الصغيرة التي لا تتجاوز 50 ميكرومتر في السمك و3 مم³ تجعله يساوي 1/1000 من حجم الزرع القياسي الحالي، أي تقريبًا سمك شعر الإنسان.

المصدر – Science Daily

يتيح هذا التصميم النحيف وضعه مباشرةً بين الدماغ والجمجمة. يحتوي هذا الجهاز الصغير على الكثير من التقنية المتقدمة القادرة على توفير قوة حوسبة هائلة. هذه القوة الحاسوبية ضرورية لالتقاط موجات الدماغ وإرسالها إلى أنظمة الذكاء الاصطناعي المتقدمة التي تدير العملية.

نماذج الذكاء الاصطناعي

استند المهندسون إلى عقود من علم الأعصاب وموجات الدماغ لإنشاء نموذج ذكاء اصطناعي فعال قادر على تسجيل وإرسال واستقبال موجات الدماغ. يمكن لنظام الذكاء الاصطناعي فك تشفير مهام محددة، بما في ذلك الحركة والنية والإدراك. ينجز ذلك باستخدام برامج مخصصة وأجهزة استشعار صُممت للتفاعل مع أنظمة الذكاء الاصطناعي.

الأقطاب الكهربائية

لتمكين الاتصال الحقيقي بالدماغ، يعمل BISC كجهاز تخطيط قشرة دماغية دقيقة (µECoG). يستخدم هذا النظام 65,536 قطبًا كهربائيًا، و1,024 قناة تسجيل، و16,384 قناة تحفيز لإنشاء تسجيلات ذات عرض نطاق عالي لموجات الدماغ في الوقت الحقيقي.

ثم تُرسل التسجيلات إلى أنظمة الذكاء الاصطناعي المتقدمة. تجمع هذه الأنظمة بين خوارزميات التعلم الآلي والتعلم العميق، مما يمكنها من تفسير الإشارة المعقدة. ومن الجدير بالذكر أن هذا العمل يبني على أبحاث الحوسبة وعلم الأعصاب النظامي السابقة التي قام بها المؤلفون المساهمون، الدكتور تولياس وبيجان بيساران.

الرابط اللاسلكي

تمكن محطة الترحيل التي يرتديها المريض من التواصل عالي السرعة مع الجهاز المزروع. حيث يتواصل الجهاز المزروع مباشرةً مع الدماغ، ثم يبث الإشارة إلى محطة الترحيل. تتواصل محطة الترحيل القابلة للارتداء مع الزرع عبر رابط راديو فائق النطاق (UWB) مخصص يصل إلى حوالي 100 ميغابت في الثانية، ثم تظهر خارجيًا كجهاز Wi‑Fi عادي بمعيار 802.11.

كيف تم بناء واجهة الدماغ الحاسوبية

تم تصنيع زرع BISC باستخدام آلات وأدوات متاحة بسهولة، مما يضمن إمكانية الإنتاج على نطاق واسع. على وجه التحديد، يستفيد الجهاز من تقنية BCD (Bipolar-CMOS-DMOS) بدقة 0.13 ميكرومتر من شركة TSMC. مكنهم هذا النهج من تقليل حجم وشكل الجهاز من خلال دمج تقنيات أشباه الموصلات المتعددة في شريحة واحدة لإنتاج دوائر متكاملة مختلطة الإشارة (ICs).

تُعد هذه الاستراتيجية مفيدة لأنها تمكّن النظام من قبول المنطق المباشر من CMOS والوظائف التناظرية ذات الجهد العالي. بالإضافة إلى ذلك، تسمح للجهاز بالعمل بكفاءة أعلى باستخدام ترانزستورات DMOS.

اختبار واجهة الدماغ الحاسوبية

قام الفريق بإنشاء جهاز تجريبي وأجرى عدة اختبارات لتجربة نظريتهم. لتحقيق الجوانب الجراحية لمرحلة الاختبار، تعاون الفريق مع يونغمان في مركز نيويورك بريسبيتيريان/كولومبيا الجامعي الطبي إرفينغ. معًا، طوروا استراتيجية زرع آمنة وقليلة التوغل مكنت منهم اختبار الجهاز في بيئة جراحية حقيقية.

شمل الإجراء إنشاء شق صغير وإدخال الجهاز بين الدماغ وسقف الجمجمة. جعل تصميمه المرن والنحيف كالورق العملية أسهل بكثير مقارنةً بالطرق التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، وبما أنه لا توجد مكونات أو أسلاك تخترق الدماغ، كان الإجراء أكثر أمانًا.

نتائج اختبار واجهة الدماغ الحاسوبية

أظهرت الاختبارات القدرات الحقيقية للنظام حيث تمكن من التقاط تسجيلات عالية السرعة مباشرةً من الدماغ. أظهر أداءً مستقرًا ولم يُلاحظ رد فعل سلبي فوري للأنسجة، مما يعني أنه سيكون مثالياً للاستخدام في السيناريوهات الطبية التي تتطلب زرعات طويلة الأمد.

فوائد واجهة الدماغ الحاسوبية BISC

اسحب للتمرير →

تطبيقات BCI في العالم الحقيقي والجدول الزمني

هناك عدة تطبيقات لجهاز الواجهة الدماغية الحاسوبية. سيساعد هذا الجهاز في تحسين حياة ملايين الأشخاص الذين يعانون من أمراض عصبية مدمرة. يمكن أن تحصل أمراض مثل الصرع، والشلل، والنوبات، وفقدان المهارات الحركية، وفقدان الكلام، والعمى فجأة على خيارات علاجية جديدة.

ستساعد هذه التقنية أيضًا الأشخاص الذين يحتاجون إلى أطراف صناعية بسبب فقدان الأطراف. سيسمح النظام بتواصل سلس وقد يُستخدم لتوفير تغذية راجعة في الوقت الحقيقي للمستخدم، مما يخلق علاجًا أكثر إشباعًا.

الجدول الزمني

قد يدخل هذا المنتج القطاع الطبي خلال السنوات الخمس القادمة. على عكس سابقيه، قامت المجموعة بالفعل بتسريع تجاربها السريرية من خلال دراسات داخلية قصيرة الأمد على مرضى بشريين تجري حاليًا. وبالتالي، يمكنك توقع سماع المزيد من الاختراقات المتعلقة بهذه التقنية.

باحثو واجهة الدماغ الحاسوبية

تجمع دراسة BISC بين عدة جوانب من مؤسسات مرموقة. على وجه التحديد، تستفيد من خبرة كولومبيا في الميكروإلكترونيات، وجامعة بنسلفانيا، وبرامج علوم الأعصاب في ستانفورد. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم قدرات الجراحة في مركز نيويورك بريسبيتيريان/كولومبيا الجامعي الطبي إرفينغ. حصل الفريق على تمويل من منحة المعاهد الوطنية للصحة وبرنامج تصميم نظام الهندسة العصبية التابع لوكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة للدفاع (DARPA). مكنهم هذا التمويل من تسريع أبحاثهم والتحقق من النتائج.

مستقبل واجهات الدماغ الحاسوبية رقيقة للغاية

يبدو مستقبل هذه التقنية واعدًا. أبدى المهندسون بالفعل اهتمامًا بتعزيز فعالية نموذج الذكاء الاصطناعي وإجراء تجارب بشرية كاملة. بالإضافة إلى ذلك، سيبحث الفريق عن شراكات للمساعدة في تمويل المشروع وتأمين عقود صناعية لتصنيع الجهاز.

واجهة دماغية حاسوبية | الخلاصة

تفتح دراسة واجهة الدماغ الحاسوبية الباب إلى مستقبل خيالي علميًا حيث تُتحكم الحواسيب ببساطة عبر التفكير. ستظهر هذه الأجهزة أولاً للجمهور من خلال العلاجات الطبية. ومع ذلك، لن يطول الوقت قبل أن تجري محادثة عميقة مع هاتفك الذكي دون تحريك شفتيك.

ما رأيك في هذا الجهاز BCI؟ هل سترتديه يومًا ما؟ اضغط إعجابًا، واكتب تعليقًا، وشارك هذا المقال، وانقر هنا لتتعرف على تقنيات حاسوبية أخرى رائعة.

الاستثمار في تطوير واجهة الدماغ الحاسوبية

هناك العديد من الشركات المشاركة في قطاع BCI، تتخيل مستقبلًا حيث يقوم العقل بالمهام الثقيلة. بينما تظل الشركات الناشئة المتخصصة في BCI عادةً خاصة، يمكن للمستثمرين النظر إلى الشركات التقنية الطبية الراسخة التي توفر البنية التحتية الجراحية الحيوية اللازمة لزرع هذه الأجهزة. إليكم شركة واحدة تسهل الجراحة العصبية المعقدة المطلوبة للجيل القادم من واجهات الدماغ.

Integra Lifesciences

دخلت Integra Lifesciences السوق في عام 1989. أراد مؤسسها، ريتشارد كاروسو، توفير وصول أكبر إلى العلاجات العصبية. حظيت هذه المقاربة بدعم قوي بفضل مزيج من العلاجات المفيدة والاستجابة الإيجابية للمستثمرين. ومن الجدير بالذكر أن Integra Lifesciences أصبحت شركة عامة في عام 1995.

في عام 2007، أصدرت الشركة وحدة برنامج محدثة لتخطيط الدماغ NeuroSight Arc لنظام OmniSight EXcel الخاص بها، تُستخدم لتخطيط إجراءات مرض باركنسون وغيرها من اضطرابات الحركة. من هناك، واصلت الشركة توسيع مجموعة منتجاتها الجراحية العصبية. في عام 2017، استحوذت الشركة على Codman Neurosurgery من Johnson & Johnson (JNJ ) مقابل 1.045 مليار دولار.

وسع هذا الإجراء نطاق الشركة ومكنها من تقديم منتجات أكثر تقدمًا. ينبغي لأولئك الذين يسعون للوصول إلى مجال MedTech إجراء المزيد من البحث حول Integra Lifesciences.

أحدث أخبار وأسعار سهم Integra Lifesciences (IART)

المراجع

^{1. Jung, T., Zeng, N., Fabbri, J.D. et al. A wireless subdural-contained brain–computer interface with 65,536 electrodes and 1,024 channels. Nat Electron (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01509-9}