ماذا يحدث في دماغك وأنت تتصفح هذه الصَّفحة؟
أي؛ ما مناطق دماغك النّشطة، وما الخلايا العصبيَّة الّتي تعمل، وما الإشارات الّتي ترسلها إلى عضلاتك؟

تُعدُّ (brain-machine interfaces (BMI أجهزة تقرأ نشاط الدماغ وتفسره، وتنقل التّعليمات إلى الحاسوب أو الآلة، مثل: توصيل ذراع آليَّة لشخصٍ مشلول؛ إذ تُفسر الآلة النشاطَ العصبي للشخصِ وحركاته، وتَحرك الذراع بما يتوافق وذلك(1).

أحد قيود BMI الرئيسة أنَّها تتطلب عملية جراحة دماغيَّة، إلا أنَّه من خلال استخدام تقنية جديدة، هي تقنية الأمواج فوق الصَّوتيَّة الوظيفيَّة (functional ultrasound (fUS، يُمكن رسم مخطط دقيق لنشاط الدماغ من مناطق محددة عميقة داخل الدماغ، وبدقة 100 ميكرومتر(1).

نُشرت ورقة بحثيَّة في مجلة Neuron تصف هذه التّقنية؛ إذ تعمل الأمواج فوق الصَّوتيَّة (US) عبر إصدار نبضات صوتيَّة عالية التردد تقيس صدى الاهتزاز الّذي تحدِثُه في المادة، وتُستخدم هذه التّقنيَّة بصورةٍ شائعةٍ لالتقاط صور للجنين في الرحم، ويُمكن US أن تسمع الحركة الدّاخليَّة للأعضاء، مثل: خلايا الدم الحمراء الّتي يشبه صوتها سيارة إسعاف عابرة، ويزداد صوت تدفقها مع اقترابها من مصدر US، وينخفض مع تدفقها بعيداً، وهكذا عندما يكون جزء من الدماغ أكثر نشاطًا، يكون هناك زيادة في تدفق الدم إلى المنطقة(1).

تتميّز إشارات US بأنَّها تمرُّ من خلال الدماغ ودون جراحة، يكفي فقط زرع نافذةٍ صغيرةٍ وشفافة في الجمجمة.

وطُوّرت هذه التّقنية بمساعدة الرئيسيات غير البشريّة، ويكون إجراء مثل هذه الدِّراسات  للضرورة القصوى، ولأسباب أخلاقيَّة وعمليَّة؛ إذ دُرّبت هذه الرئيسيات على القيام بمهمات بسيطة تتضمن تحريك أعينهم أو أذرعهم في اتجاهات معينةٍ عند تقديم إشارات معينة، وبعدها تقيس fUS نشاط الدماغ في القشرة الجداريَّة الخلفيَّة المسؤولة عن تخطيط الحركة. 

عَالجت خوارزمية التَّعلم الآلي بيانات fUS الّتي جُمِعت في الوقت الفعلي من الرئيسيات، وتنبأت الخوارزميَّة في غضون ثوانٍ قليلة سلوكَ أحد الرئيسيات وما يريد تنفيذه (حركة العين أو الوصول)، واتجاه هذه الحركة، ومتى خطط للقيام بهذه الحركة (1,2).

إنَّ لمعظم أدوات قياس نشاط الدماغ عيوب كزراعة الإلكترودات مباشرةً بين الجمجمة والدماغ بعملٍ جراحي، وهي دون عمل جراحي مكلفة وضخمة، لأنَّها تستخدم أجهزة كأجهزة الرنين المغناطيسي، أو أنّها تكون ذات دقة منخفضة كجهاز تخطيط كهربائيّة الدماغ EEG، ورغم أنّه يقيس مباشرةً النشاط العصبي بدقةٍ زمنيةٍ عاليةٍ، فإنّه محدود من ناحيّة شموليته التَّغطية المكانيّة للأقطاب على فروة الرأس(1,3)

وعلى الرَّغم من إجراء البحث على رئيسيات غير بشريّة، فإننا سنرى في المستقبل استخدامًا لهذه التّقنية على متطوعين بشريين(1). 

المصادر:

1. Norman S, Maresca D, Christopoulos V, Griggs W, Demene C, Tanter M et al. Single-trial decoding of movement intentions using functional ultrasound neuroimaging. Neuron [Internet]. 2021 [cited 11 May 2021];109(9):1554-1566.e4. Available from: هنا

2. Non-human primates (marmosets and rhesus macaques) [Internet]. University of Cambridge. [cited 11 May 2021]. Available from: هنا

3. Wirsich J, Amico E, Giraud A, Goñi J, Sadaghiani S. Multi-timescale hybrid components of the functional brain connectome: A bimodal EEG-fMRI decomposition. Network Neuroscience [Internet]. 2020 [cited 11 May 2021];4(3):658-677. Available from: هنا