تطورات في زراعة الدماغ: اختراقات مدفوعة بالذكاء الاصطناعي تغير الحياة

في عام 2023، شهد مجال تكنولوجيا الأعصاب تقدمًا ملحوظًا في زراعة الدماغ، والتي يمكنها تسجيل وفك تشفير وحتى تعديل نشاط الدماغ. تم دفع التطورات هذا العام في واجهات الدماغ والحاسوب من خلال دمج الذكاء الاصطناعي (AI)، مما فتح إمكانيات جديدة للأفراد الذين يعانون من اضطرابات عصبية ومهد الطريق لتطبيقات مبتكرة.

استعادة الحركة والذاكرة

كانت واحدة من أبرز الإنجازات هذا العام هي الاستخدام الناجح لزراعة في الحبل الشوكي لترجمة نوايا مريض يعاني من مرض باركنسون. هذا المرض يعطل تدريجيًا تخطيط الحركة. 

من خلال فك تشفير نوايا المريض، مكنت هذه التكنولوجيا المبتكرة الفرد من استعادة القدرة على المشي بحرية بعد عقود من القيود. يحمل هذا الاختراق وعدًا باستعادة الحركة في العديد من الاضطرابات العصبية الأخرى، مثل مرض لو جيهريغ وتلف الدماغ الناتج عن السكتة الدماغية.

بالإضافة إلى ذلك، أجرى الباحثون تجارب باستخدام التحفيز الكهربائي لتعزيز الذاكرة قصيرة المدى لدى الأفراد الذين يعانون من إصابات دماغية رضية. زادت النبضات الكهربائية في الوقت المناسب من فترات الانتباه لدى هؤلاء المرضى، حتى بعد سنوات عديدة من إصابتهم. سمح هذا التحسن لهم بإدارة مهام يومية متعددة والمشاركة في أنشطة مثل القراءة، مما أدى إلى تحسين جودة حياتهم بشكل كبير.

أثبتت الغرسات الدماغية أيضاً قيمتها كأدوات تشخيصية قيّمة. استخدمت إحدى الدراسات غرسات لفك تشفير أنماط موجات الدماغ المرتبطة بالاكتئاب، مما قد يتيح التنبؤ بالانتكاسات. ومن خلال التمييز بين الفروق في إشارات الدماغ بين الأفراد الأصحاء وأولئك الذين يعانون من الاكتئاب، قد تؤدي هذه الأبحاث إلى تطوير خوارزميات أكثر فعالية تهدف إلى تحويل نشاط الدماغ بعيداً عن الحالات الاكتئابية.

تحويل الأفكار إلى نصوص

تُعد واحدة من أبرز الإنجازات في عام 2023 تطوير تقنيات قادرة على ترجمة الأفكار إلى كلمات وجمل. هذا الاختراق مفيد بشكل خاص للأفراد الذين فقدوا القدرة على الكلام بسبب اضطرابات عصبية أو حالات مثل السكتة الدماغية، أو الشلل، أو متلازمة الحبس.

حقق باحثون في جامعة ستانفورد إنجازاً ملحوظاً بمساعدة امرأة تبلغ من العمر 67 عاماً مصابة بمرض لو جيريج على استعادة كلامها بمعدل 62 كلمة في الدقيقة، وهو أسرع بثلاث مرات تقريباً من الغرسات السابقة. 

تضمن نهجهم فك تشفير النشاط الكهربائي المرتبط بالكلام من منطقة بروكا، مركز اللغة في الدماغ، والعضلات المحيطة بفم المريض. تمت معالجة هذه الإشارات بواسطة شبكة عصبية متكررة (RNN)، وهي خوارزمية تعلم عميق ، لتحديد العناصر الأساسية للكلام. فكك النظام أفكار المرأة خلال ثلاثة أيام، على الرغم من وجود بعض الأخطاء.

اتبع نظام آخر نهجاً مختلفاً، باستخدام جهاز يُعرف باسم تخطيط كهربية القشرة (ECoG)، والذي يتكون من أقطاب كهربائية صغيرة على شكل ألواح توضع على سطح الدماغ لالتقاط الإشارات الكهربائية. وعلى الرغم من أنه يتطلب زرعاً جراحياً، فإن تخطيط كهربية القشرة يقلل من الضرر الناجم عن الأنسجة الدماغية الحساسة. 

قامت خوارزميات الذكاء الاصطناعي بفك تشفير النشاط العصبي المرتبط بالحركات الصوتية، مثل وضع اللسان والفم، بينما قامت نماذج اللغة الكبيرة ببناء الجمل من البيانات. ترجم هذا النظام إشارات الدماغ إلى نصوص بمعدل حوالي 78 كلمة في الدقيقة، على الرغم من وجود معدل خطأ بنسبة 25%. ولتعويض هذه الأخطاء، استخدمت الغرسة تعابير الوجه لتحريك شخصية افتراضية رقمية، مما يوفر للمرضى وضعاً إضافياً للتواصل.

الغرسات الدماغية اللاسلكية والتقنيات غير الجراحية

تضمنت الغرسات الدماغية تقليدياً أقطاباً كهربائية متصلة بكابلات مربوطة بأجهزة كمبيوتر خارجية لفك تشفير النشاط العصبي. ومع ذلك، قدم تطور كبير في عام 2023 نظام غرسة لاسلكية. اعتمد هذا النظام لوحات دوائر مرنة بحجم الحبوب موزعة عبر الدماغ للكشف عن التغيرات في النشاط وتخزينها مؤقتاً. 

نقلت هذه "العقد" البيانات لاسلكياً إلى مستقبل يشبه سماعات الرأس، الذي قام بمعالجة المعلومات، والتحكم في التحفيز الدماغي من خلال العقد، وتزويد المصفوفة بالطاقة. وعلى الرغم من أن جراحة الزرع لا تزال مطلوبة، فإن هذا النهج اللاسلكي يمثل خطوة كبيرة إلى الأمام في واجهات الدماغ والحاسوب.

علاوة على ذلك، استكشف الباحثون طرقاً غير جراحية لالتقاط إشارات الدماغ. استُخدم الذكاء الاصطناعي لترجمة بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) إلى جوهر أفكار الشخص، مما التقط الأفكار المتطورة حتى عندما كانت الكلمات الدقيقة صعبة المنال. واستخدمت دراسة أخرى غطاء رأساً مدمجاً فيه أقطاب كهربائية تشبه غطاء السباحة، وُضع على فروة الرأس. وبينما يقرأ المستخدمون جملات بصمت في أذهانهم، ترجم هذا الغطاء، بمساعدة الذكاء الاصطناعي، "أفكارهم" إلى نصوص.

تجشم بعض الباحثين حتى نهجاً مبتكراً يتضمن واجهات تعتمد على الضوء. جمعت دراسة حديثة بين الخلايا العصبية المهندسة وراثياً والقابلة للاستجابة للضوء مع مسابر مرنة وأضواء LED ملونة مختلفة. 

مع أكثر من ألف بكسل LED مستقل، كان بإمكان هذا الجهاز التحكم في نشاط العديد من الخلايا العصبية الفردية في وقت واحد. ساعدت هذه التكنولوجيا المبتكرة في التمييز بين الدوائر الدماغية المحددة المسؤولة عن وظائف عقلية مختلفة، حتى داخل أعماق الدماغ.

الاعتبارات الأخلاقية والآفاق المستقبلية

مع تطور تقنية زراعة الدماغ، تواجه حتماً تحديات أخلاقية. يثير احتمال وجود جهاز يترجم الأفكار إلى نصوص مخاوف بشأن الخصوصية والحدود. استجابةً لهذه القضايا، أصدرت اليونسكو مخططاً outlines يوضح الحاجة إلى لوائح عالمية وإطار أخلاقي لتقنيات الأعصاب. 

تهدف هذه المبادرة إلى معالجة الآثار الأخلاقية لزراعة الدماغ مع تقدمها في مجالات غير مستكشفة.