رقاقة جديدة تحول الدماغ إلى واجهة كمبيوتر فائقة السرعة

الباحثون من جامعة كولومبياكشف كل من مستشفى نيويورك-بريسبيتيريان وستانفورد وجامعة بنسلفانيا عن منصة جديدة لواجهة الدماغ والحاسوب (BCI) يمكنها توسيع قدرات العلاج العصبي والتفاعل بين الإنسان والتكنولوجيا بشكل كبير. تم نشر العمل في المجلة إلكترونيات الطبيعة.

تم بناء النظام، المسمى BISC (الواجهة البيولوجية مع سطح القشرة)، على شريحة رفيعة جدًا مزروعة بشريحة واحدة تنقل البيانات العصبية لاسلكيًا بسرعات قياسية بينما تشغل مساحة صغيرة. ويهدف الجهاز إلى مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من علاج الصرع وحتى استعادة الوظائف الحركية والكلام والبصرية لدى الأشخاص المصابين بالشلل أو السكتة الدماغية أو التصلب الجانبي الضموري أو العمى.

ويشير الباحثون إلى أن “هدفنا هو إنشاء قناة اتصال طفيفة التوغل مع الدماغ والتي لا تزال توفر أداءً عاليًا”.

واجهة عصبية مصغرة

تتكون واجهات توصيل الموصل (BCI) التقليدية من العديد من المكونات: مكبرات الصوت، محولات البيانات ووحدات الراديو وأنظمة الطاقة، والتي يتم وضعها في عملية زرع ضخمة. يستبدل BISC كل هذا بشريحة CMOS تكميلية واحدة يبلغ حجمها 50 ميكرومترًا فقط. يوضح البروفيسور كين شيبرد من جامعة كولومبيا:

“تقع الشريحة المرنة، التي يبلغ حجمها حوالي 3 مم مكعب، على سطح القشرة الدماغية مثل الورق المبلل.”

تم تجهيز الزرعة بـ 65.536 قطبًا كهربائيًا و1024 قناة تسجيل و16.384 قناة تحفيز.

يتم تنفيذ جميع عمليات معالجة الإشارات والتحويل ونقل البيانات وإدارة الطاقة على شريحة واحدة. وقال شيبرد إن دمج جميع الوظائف على شريحة واحدة يجعل الواجهة مدمجة وآمنة وقوية. يتم نقل البيانات إلى “محطة ترحيل” يمكن ارتداؤها وتعمل بالبطارية وتوفر سرعات تصل إلى 100 ميجابت في الثانية عبر رابط واسع النطاق – أسرع بأكثر من مائة مرة من واجهات توصيل واجهة التوصيل (BCI) المماثلة. تقوم المحطة أيضًا بإنشاء اتصال لاسلكي مع أي كمبيوتر خارجي.

الحد الأدنى من الغزو والإمكانات السريرية

يمكن وضع الزرعة من خلال شق صغير في الجمجمة، ووضعها على سطح الدماغ دون اختراق الأنسجة ودون أسلاك تربط الجهاز بالعظم.

يقول جراح الأعصاب بريت يونجرمان من جامعة كولومبيا: “يقلل هذا من استجابة الأنسجة ويحسن جودة الإشارة على المدى الطويل. يجمع BISC بين الدقة العالية والإنتاجية، مما قد يغير الطريقة التي نعالج بها الصرع والشلل والأمراض العصبية الأخرى”.

وقد أظهرت الاختبارات قبل السريرية فعالية النظام في تحفيز القشرة الحركية والبصرية، كما أن “التصغير الشديد” للرقاقة يفتح الباب أمام واجهات مستقبلية تتفاعل مع الدماغ من خلال الضوء أو الصوت.

منصة لتقنيات المستقبل

ووفقا لأندرياس تولياس من جامعة ستانفورد، فإن النظام يحول سطح القشرة الدماغية إلى بوابة اتصالات عالية السرعة مع الذكاء الاصطناعي والأجهزة الخارجية. يمكن أن يصبح BISC الأساس للأطراف الاصطناعية العصبية، وواجهات الذكاء الاصطناعي في الدماغ، وعلاج الاضطرابات العصبية والنفسية.

وللتوسع خارج المختبر، أسس الفريق شركة Kampto Neurotech لتطوير إصدارات تجارية من الشريحة وإعدادها للاستخدام السريري. يؤكد مؤسس الشركة نانيو تسنغ:

“يعد BISC نهجًا جديدًا بشكل أساسي في BCI، وهو يتفوق عدة مرات على الأنظمة الحالية،” يؤكد مؤسس الشركة نانيو تسنغ

ويخلص شيبرد إلى أن “هدفنا أوسع نطاقًا! خلق مستقبل يمكن أن تتفاعل فيه العقول والذكاء الاصطناعي بشكل مباشر – ليس فقط من أجل العلم، ولكن أيضًا لصالح الناس”.