غرسة الدماغ

غرسات الدماغ، التي يشار إليها غالبًا باسم الغرسات العصبية، هي أجهزة تكنولوجية تتصل مباشرة بدماغ الكائن الحي. تُوضع عادة على سطح الرأس، أومتصلة مباشرة بقشرة الدماغ. هناك غرض رائج لغرسات الدماغ الحديثة، وهوأيضًا الهدف الرئيسي لكثير من الأبحاث الحالية، هوإنشاء مناطق بديلة للمناطق المعطوبة في الدماغ التي أصبحت مختلة الوظيفة بعد سكتة دماغية أوأي إصابات أخرى في الرأس. يضم ذلك الاستبدال الحسي مثل الرؤية. تُستخدم غرسات الدماغ أيضًا في التجارب على الحيوانات ببساطة لتسجيل نشاط الدماغ لأسباب فهمية. تتضمن بعض عمليات غرسات الدماغ إنشاء وسائط بين الأنظمة العصبية للكائن الحي ورقائق الكمبيوتر. هذا العمل جزء من مجال درس أوسع يسمى قابلات الدماغ-الكمبيوتر. (تتضمن أبحاث قابلة الدماغ-الكمبيوتر أيضًا تقنية مثل أنظمة تخطيط أمواج الدماغ التي تسمح بخلق وسيط بين العقل والآلة، ولكنها لا تتطلب غرسًا مباشرًا للجهاز).

أصبحت الغرسات العصبية، كما التحفيز العميق للدماغ وتحفيز العصب المبهم، روتينية بشكل متزايد للسقمى الذين يعانون من سقم باركنسون والاكتئاب السريري.

الهدف

تقوم غرسات الدماغ بالتحفيز الكهربي، أوالحجب أوتسجيل (أوكلًا من الإنضمام والتحفيز في نفس الوقت) إشارات الخلايا العصبية المفردة أومجموعات الخلايا العصبية (الشبكات العصبية البيولوجية) في الدماغ. لا يمكن القيام بذلك إلا إذا كانت الارتباطات الوظيفية لهذه الخلايا العصبية معروفة على وجه التحديد. نظرًا لتعقيد المعالجة العصبية ونقص الوصول إلى الإشارات ذات الصلة المحتملة باستخدام تقنيات التصوير العصبي، فإن تطبيق عمليات غرسات الدماغ كان محدودًا بشكل خطير، وذلك حتى ظهرت التطورات الحديثة في الفيزيولوجيا العصبية وقوة معالجة الكمبيوتر.

البحوث والتطبيقات

حققت الأبحاث في مجال الاستبدال الحسي تقدمًا ملحوظًا منذ عام 1970. على وجه التحديد في مجال الرؤية، نظرًا لفهم عمل النظام البصري بصورة كاملة، طُبقت عمليات غرس العين (التي غالبًا ما تنطوي على بعض عمليات غرسات الدماغ أومراقبته) بنجاح كبير. بالنسبة للسمع، تستخدم زراعة القسقطة لتحفيز العصب السمعي مباشرة. يعد العصب الدهليزي القسقطي جزءًا من الجهاز العصبي المحيطي، لكن قابلته تشبه قابلة غرسات الدماغ الحقيقية.

أثبتت مشروعات عديدة نجاحها في الإنضمام من أدمغة الحيوانات لفترات طويلة من الزمن. في وقت مبكر من عام 1976، قام الباحثون في المعاهد الوطنية للصحة بقيادة إدوارد شميدت بتسجيلات محتملة لإشارات من قشرة الدماغ الحركية لقردة ريسيس باستخدام أقطاب القبعة غير المتحركة، بما في ذلك الإنضمام من الخلايا العصبية المفردة لأكثر من 30 يومًا، وتسجيلات متسقة لأكثر من ثلاث سنوات من أفضل الأقطاب الكهربائية.

كانت أقطاب القبعة مصنوعة من الإيريديوم النقي ومعزولة بالباريلين، وهي المواد المستخدمة حاليًا في تطبيق «الحركة الالكترونية» لنظام يوتا. تُستخدم هذه الأقطاب الكهربائية نفسها أومشتقاتها، التي تستخدم نفس المواد المتوافقة حيويًا، حاليًا في مختبرات الأطراف الصناعية المرئية، ومختبرات تدرس الأساس العصبي للتفهم، ودراسة أطراف الاصطناعية حركية بديلة غير مجسات «الحركة الالكترونية».

تنتج مجموعات المختبرات الأخرى غرسات دماغية خاصة بها لتوفير إمكانات فريدة غير متوفرة في المنتجات التجارية الشائعة.

تضم الاكتشافات دراسات عن عملية إعادة برمجة وظائف الدماغ عن طريق تفهم التمييز الحسي، والسيطرة على الأجهزة المادية بواسطة أدمغة الفئران، واستخدام القرود للأذرع الآلية، والتحكم عن بُعد في الأجهزة الآلية بواسطة القرود والبشر، والتحكم عن بعد في تحركات الصراصير، وهوأول استخدام مرصود لاستخدام نموذج يوتا في الإنسان للإشارة ثنائية الاتجاه. هناك حاليًا عدد من المجموعات التي تجري عمليات غرس الغرسات الاصطناعية الأولية على البشر. تقتصر هذه الدراسات في الوقت الحاضر على عدة أشهر من طول عمر الغرسات.

في عام 2016، أعرب فهماء في جامعة إلينوي في أوربانا-شامبين تطوير أجهزة استشعار صغيرة للدماغ تستخدم بعد العملية الجراحية للرصد، والتي تتلاشى لاحقًا عندما لا تكون هناك حاجة إليها.

إعادة التأهيل

تُستخدم المحفزات العصبية منذ عام 1997 لتخفيف أعراض أمراض مثل الصرع، وداء باركنسون، وخلل التوتر (ديستونيا)، والاكتئاب مؤخرًا.

تصنع غرسات الدماغ الحالية من مجموعة متنوعة من المواد مثل التنغستن، أوالسيليكون، أوالبلاتين إيريديوم، أوحتى الفولاذ المقاوم للصدأ. قد تستفيد عمليات غرسات الدماغ في المستقبل من مواد أكثر غرابة مثل ألياف الكربون النانوية (الأنابيب النانوية)، والبولي يوريتان.

البحوث التاريخية

أظهر إدوارد هيتزيغ وغوستاف فريتش في عام 1870 حتى التحفيز الكهربائي لأدمغة الكلاب يمكن حتى ينتج حركات. أظهر روبرت بارثولوالشيء نفسه بالنسبة للبشر في عام 1874. مع بداية القرن العشرين، بدأ فيدور كراوس في رسم خريطة منهجية لمناطق الدماغ البشري باستخدام سقمى خضعوا لجراحات في الدماغ.

قام روبرت ج. هيث بتجربة على السقمى العقليين العدوانيين في درس بارز في الخمسينيات، بهدف التأثير على مزاج السقمى من خلال التحفيز الكهربائي.

أظهر خوسيه ديلجادو، عالم الفيزيولوجيا في جامعة ييل، سيطرة محدودة على سلوكيات الحيوانات والبشر باستخدام التحفيز الإلكتروني، إذ اخترع المنشط عبر الجلد، وهوجهاز يغرس في الدماغ لنقل النبضات الكهربائية التي تعدل بعض السلوكيات الأولية مثل العدوانية أوالإحساس بالمتعة.

المخاوف والاعتبارات الأخلاقية

تضم الأسئلة الأخلاقية التي أُثيرت من هم المرشحون الجيدون لتلقي الغرسات العصبية وما هي الاستخدامات الجيدة والسيئة لها. بالرغم من حتى التحفيز العميق للدماغ أصبح روتينيًا بشكل متزايد للسقمى الذين يعانون من سقم باركنسون، فقد يحدث هناك بعض الآثار الجانبية السلوكية. تصف التقارير في الأدبيات الفهمية إمكانية حدوث اللامبالاة، والهلوسة، والقمار القهري، وفرط النشاط الجنسي، والخلل الإدراكي، والاكتئاب. ومع ذلك، قد تكون هذه الحالات مؤقتة وذات صلة بالمعايرة السليمة للمحفز، وبالتالي يمكن عكسها.

يرى بعض فهماء ما وراء الإنسانية، مثل ريموند كورزويل وكيفن وارويك، حتى غرسات الدماغ جزء من المستوى التالية للبشر في طريق التقدم والتطور، في حين يرى آخرون، وخاصة المحافظون الحيويون، أنه غير طبيعي، إذ يفقد الجنس البشري الصفات الإنسانية الأساسية. ويثير جدلًا مشابهًا لأشكال أخرى من تعزيز الإنسان. عملى سبيل المثال، ينطق إذا عمليات الغرس ستغير الأشخاص كليًا إلى كائنات إلكترونية. من المتسقط أيضًا حتى تمتثل جميع الأبحاث لإعلان هلسنكي لحقوق الإنسان. علاوة على ذلك، تنطبق الواجبات القانونية المعتادة مثل المعلومات الواجب إطلاع الشخص الذي يرتدي الغرسات عليها، بالإضافة لكون عملية الغرس طوعية، مع استثناءات قليلة جدًا.

تضم نقاط القلق الأخرى بعض نقاط الضعف في الغرسات العصبية إمكانية حدوث جريمة سيبرانية، أوالمراقبة التدخلية، إذ يمكن اختراق عمليات الغرس العصبية أوإساءة استخدامها أوإساءة تصميمها عمدًا.

المراجع

^ Krucoff, Max O.; Rahimpour, Shervin; Slutzky, Marc W.; Edgerton, V. Reggie; Turner, Dennis A. (2016-01-01). "Enhancing Nervous System Recovery through Neurobiologics, Neural Interface Training, and Neurorehabilitation". Frontiers in Neuroscience. 10: 584. doi:10.3389/fnins.2016.00584. ISSN 1662-4548. PMC 5186786. PMID 28082858.
^ Patrick Mahoney (June 21, 2007). "Wireless is getting under our skin". Machine Design. مؤرشف من الأصل في 04 يونيو2008. اطلع عليه بتاريخ 14 أغسطس 2011.
^ "Implantable Device that Blocks Brain Signals Shows Promise in Obesity". Medscape. مؤرشف من الأصل في 29 مايو2017. اطلع عليه بتاريخ 25 أغسطس 2013.
^ http://www.cyberkineticsinc.com/pdf/cyber.pdf "Archived copy" (PDF). Archived from the original on 24 مارس 2006. اطلع عليه بتاريخ 25 أكتوبر 2006. صيانة CS1: الأرشيف كعنوان (link) صيانة CS1: BOT: original-url status unknown (link) Cyberkinetics array
^ Blake, David T.; Heiser, Marc A.; Caywood, Matthew; Merzenich, Michael M. (2006). "Experience-Dependent Adult Cortical Plasticity Requires Cognitive Association between Sensation and Reward". Neuron. 52 (2): 371–81. doi:10.1016/j.neuron.2006.08.009. PMC 2826987. PMID 17046698.
^ Troyk, Philip; Bak, Martin; Berg, Joshua; Bradley, David; Cogan, Stuart; Erickson, Robert; Kufta, Conrad; McCreery, Douglas; Schmidt, Edward (2003). "A Model for Intracortical Visual Prosthesis Research". Artificial Organs. 27 (11): 1005–15. doi:10.1046/j.1525-1594.2003.07308.x. PMID 14616519.
^ "Laboratory for Integrative Neural Systems | RIKEN". Riken.jp. مؤرشف من الأصل فيعشرة أكتوبر 2012. اطلع عليه بتاريخ 14 أغسطس 2011.
^ "Blake Laboratory: Neural basis of behavior". Mcg.edu. 2007-08-16. مؤرشف من الأصل في 28 مايو2010. اطلع عليه بتاريخ 14 أغسطس 2011.
^ "Robert H. Wurtz, Ph.D. [NEI Laboratories]". Nei.nih.gov. مؤرشف من الأصل في 27 يوليو2011. اطلع عليه بتاريخ 14 أغسطس 2011.
^ "Brain Research Institute". Faculty.bri.ucla.edu. مؤرشف من الأصل في 07 أكتوبر 2011. اطلع عليه بتاريخ 14 أغسطس 2011.
^ "Making the connection between a sound and a reward changes brain and behavior". Physorg.com. 2006-10-19. مؤرشف من الأصل فيستة يونيو2011. اطلع عليه بتاريخ 25 أبريل 2008.
^ Chapin, John K. "Robot arm controlled using command signals recorded directly from brain neurons". SUNY Downstate Medical Center. مؤرشف من الأصل في 11 أبريل 2019. اطلع عليه بتاريخ 25 أبريل 2008.
^ Graham-Rowe, Duncan (2003-10-13). ". نيوساينتست. مؤرشف من الأصل في 30 أبريل 2008. اطلع عليه بتاريخ 25 أبريل 2008.
^ Mishra, Raja (2004-10-09). "Implant could free power of thought for paralyzed". Boston Globe. مؤرشف من الأصل فيسبعة يناير 2019. اطلع عليه بتاريخ 25 أبريل 2008.
^ Talmadoe, Eric (July 2001). "Japan's latest innovation: a remote-control roach". Associated Press. مؤرشف من الأصل في 22 نوفمبر 2018. اطلع عليه بتاريخ 25 أبريل 2008.
^ Warwick, K.; Gasson, M; Hutt, B; Goodhew, I; Kyberd, P; Andrews, B; Teddy, P; Shad, A (2003). "The Application of Implant Technology for Cybernetic Systems". Archives of Neurology. 60 (10): 1369–73. doi:10.1001/archneur.60.10.1369. PMID 14568806.
^ "Tiny electronic implants monitor brain injury, then melt away". University of Illinois at Urbana–Champaign. January 18, 2016. مؤرشف من الأصل في 16 أكتوبر 2017.
^ Moan, Charles E.; Heath, Robert G. (1972). "Septal stimulation for the initiation of heterosexual behavior in a homosexual male". Journal of Behavior Therapy and Experimental Psychiatry. 3: 23–30. doi:10.1016/0005-7916(72)90029-8.
↑ Burn, D. J.; Tröster, AI (2004). "Neuropsychiatric Complications of Medical and Surgical Therapies for Parkinson's Disease". Journal of Geriatric Psychiatry and Neurology. 17 (3): 172–80. doi:10.1177/0891988704267466. PMID 15312281.