واجهة جديدة بين الدماغ والحاسوب تستخدم الجرافين
أنتجت شركة ناشئة مقرها برشلونة تدعى Inbrain Neuroelectronics زرعة دماغية جديدة مصنوعة من الجرافين، وتستعد لإجراء أول اختبار لها على الإنسان هذا الصيف.
هذه التكنولوجيا هي نوع من واجهة الدماغ والحاسوب (BCI)، والتي حظيت بالاهتمام لأنها تسجل الإشارات من الدماغ وتنقلها إلى جهاز كمبيوتر لتحليلها؛ تم استخدام BCIs في التشخيص الطبي، كأجهزة اتصال للأشخاص الذين لا يستطيعون التحدث، وللتحكم في المعدات الخارجية، بما في ذلك الأطراف الآلية. لكن Inbrain تعتزم تحويل تقنية BCI الخاصة بها إلى أداة علاجية للمرضى الذين يعانون من مشاكل عصبية مثل مرض باركنسون.
ونظرًا لأن شريحة Inbrain مصنوعة من الجرافين، فإن الواجهة العصبية لديها بعض الخصائص المثيرة للاهتمام، بما في ذلك القدرة على استخدامها للتسجيل من الدماغ وتحفيزه. تأتي ثنائية الاتجاه هذه من معالجة مشكلة رئيسية تتعلق بالرقائق المعدنية المستخدمة عادةً في تقنية BCI: تفاعلات Faradaic. تفاعلات فارادايك هي نوع معين من العمليات الكهروكيميائية التي تحدث بين قطب معدني ومحلول إلكتروليت. وكما يحدث، يتكون النسيج العصبي إلى حد كبير من إلكتروليتات مائية. وبمرور الوقت، تقلل تفاعلات فارادايك هذه من فعالية الرقائق المعدنية.
ولهذا السبب استبدلت شركة Inbrain المعادن المستخدمة عادة في مثل هذه الرقائق بالجرافين، وهي مادة ذات موصلية كهربائية كبيرة. قالت كارولينا أجيلار، الرئيس التنفيذي والمؤسس المشارك لشركة Inbrain: “للمعادن تفاعلات فاراداي التي تجعل جميع الإلكترونات تتفاعل مع بعضها البعض، مما يقلل من فعاليتها… في نقل الإشارات مرة أخرى إلى الدماغ”.
ونظرًا لأن الجرافين هو في الأساس كربون وليس معدنًا، يقول أغيلار إن الرقاقة يمكنها حقن شحنات أكبر بـ 200 مرة دون إحداث تفاعل فاراديك. ونتيجة لذلك، تكون المادة مستقرة على مدى ملايين نبضات التحفيز المطلوبة للأداة العلاجية. وفي حين أن Inbrain لم تختبر بعد الشريحة لتحفيز الدماغ، فإن الشركة تتوقع الوصول إلى هذا الهدف في الوقت المناسب.
ويتم إنتاج الشريحة القائمة على الجرافين على رقاقة باستخدام تكنولوجيا أشباه الموصلات التقليدية، وفقا لأغيلار. وفي مرافق الغرف النظيفة، تقوم شركة Inbrain بتصنيع شريحة بسمك 10 ميكرومتر. تتكون الشريحة مما يسميه أغيلار “نقاط الجرافين” (يجب عدم الخلط بينها وبين نقاط الجرافين الكمومية) التي يتراوح حجمها من 25 إلى 300 ميكرومتر. وأضاف أجيلار: “يسمح لنا مقياس الميكرومتر هذا بالحصول على دقة فريدة من نوعها لفك تشفير الإشارات من الدماغ، كما يوفر لنا التحفيز الميكرومتري أو تعديل الدماغ”.
اختبار BCI القائم على الجرافين
سيتم قريبًا إجراء أول اختبار للمنصة على مريض بشري في جامعة مانشستر حيث ستكون بمثابة واجهة أثناء استئصال ورم في المخ. عند استئصال الورم، يجب على الجراحين التأكد من عدم إتلاف مناطق مثل مراكز اللغة في الدماغ حتى لا يتضرر المريض بعد الجراحة. يقول أجيلار: “يتم وضع الشريحة أثناء استئصال الورم بحيث يمكنها قراءة الإشارات التي تخبر الجراح بمكان وجود ورم وأين لا يوجد ورم، بدقة عالية جدًا”. ومن شأن ذلك أن يمكّن الجراحين من استخراج الورم بدقة ميكرومترية مع الحفاظ على المناطق الوظيفية مثل الكلام والإدراك.
وأضاف أجيلار: “لقد اتخذنا هذا النهج في أول اختبار بشري لنا لأنه طريق موثوق وسريع للغاية لإثبات سلامة الجرافين، ولكنه يوضح أيضًا إمكانات ما يمكن أن يفعله مقارنة بتكنولوجيا المعادن المستخدمة اليوم. “
يؤكد أجيلار أن فريق Inbrain قد اختبر بالفعل التوافق الحيوي للرقاقة القائمة على الجرافين. قال أجيلار: “لقد عملنا طوال السنوات الثلاث الماضية في مجال التوافق الحيوي من خلال دراسات السلامة المختلفة التي أجريت على الحيوانات الكبيرة”. “والآن يمكننا الحصول على هذه الأضواء الخضراء لإثبات مستوى إضافي من الأمان مع البشر.”
في حين أن هذا الاختبار للرقاقة في مانشستر يهدف إلى المساعدة في جراحة أورام المخ، إلا أنه يمكن استخدام نفس التقنية في النهاية لمساعدة مرضى باركنسون. ولتحقيق هذا الهدف، حصل نظام إنبرين على تصنيف جهاز الاختراق في سبتمبر الماضي من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية كعلاج مساعد لعلاج مرض باركنسون. “بالنسبة لعلاج مرض باركنسون، كنا نعمل على دراسات ما قبل السريرية المختلفة التي أظهرت دليلاً معقولاً على التفوق مقابل التكنولوجيا التجارية الحالية في مجال العلاج. [reduction] قال أجيلار: “من أعراض مرض باركنسون”.
ولعلاج مرض باركنسون، تتصل شريحة Inbrain بالمسار الأسود المخططي في الدماغ وهو أمر بالغ الأهمية للحركات. ستقوم الشريحة أولاً بفك تشفير رسالة النية من الدماغ التي تؤدي إلى اتخاذ خطوة أو رفع الذراع، وهو أمر يمكن أن يفعله جهاز BCI النموذجي. لكن شريحة إنبرين، بفضل دقتها الميكرومترية، يمكنها أيضًا فك رموز المؤشرات الحيوية المرضية المرتبطة بأعراض مرض باركنسون، مثل الارتعاشات، والصلابة، وتجميد المشية.
ومن خلال تحديد هذه المؤشرات الحيوية بدقة كبيرة، يمكن لتقنية Inbrain تحديد مدى نجاح النظام الدوائي الحالي للمريض. في هذا التكرار الأول لشريحة Inbrain، لا تعالج أعراض مرض باركنسون بشكل مباشر، ولكنها بدلاً من ذلك تجعل من الممكن استهداف الأدوية المستخدمة في العلاج وتقليل كمية الأدوية المستخدمة في العلاج بشكل أفضل.
وقال أغيلار: “يتناول مرضى باركنسون كميات هائلة من الأدوية التي يجب تغييرها بمرور الوقت فقط لمواكبة المقاومة المتزايدة لدى المرضى لقوة الدواء”. “يمكننا تقليله بنسبة 50 بالمائة على الأقل ونأمل في المستقبل أكثر عندما تصبح أجهزتنا دقيقة.”
من مقالات موقعك
مقالات ذات صلة حول الويب
