طورت فريق بحثي تقنية جديدة تعزز دقة واجهات الدماغ والحاسوب (BCI)، التي تتيح تحريك أذرع روبوتية بالتفكير وحسب، أو تحفيز أعماق الدماغ لعلاج أمراض كالخرف وداء باركنسون. والتقنية عبارة عن شريحة إلكترونية تتمكن من تحديد ليس فقط اللحظة التي تنشط فيها الخلايا العصبية، بل أيضاً نوع الخلايا التي تصدر الإشارة.
أعلن معهد كوريا العلمي والتكنولوجي (KIST) أن فريق البحث بقيادة الباحث الرئيسي لي تشانغ-هيوك بمعهد أبحاث العلوم العصبية قد طور للمرة الأولى عالمياً شريحة واجهة الدماغ والحاسوب من الجيل القادم التي تكتشف إشارات كهربائية وضوئية في شريحة أشباه موصلات واحدة بآن واحد.
لتشخيص وعلاج دقيقين لأمراض الدماغ مثل داء باركنسون والخرف والصرع، يتعين تحديد كل من اللحظة التي تنشط فيها الخلايا العصبية ونوع الخلايا. يمكن تحديد وقت النشاط من خلال الإشارات الكهربائية، والتمييز بين أنواع الخلايا من خلال الإشارات الضوئية، لكن التقنيات الموجودة كانت تواجه صعوبة في قراءة كلا الإشارتين من شريحة واحدة في الوقت نفسه.
دمجت الفريق البحثي الأقطاب الكهربائية التي تكتشف الإشارات الكهربائية وأجهزة استشعار ضوئية تقرأ الإشارات الضوئية في شريحة أشباه موصلات واحدة. وضع الفريق 416 قطباً كهربائياً و832 بكسل كاشف ضوء على 13 إبرة سيليكون بسماكة شعرة الرأس، مما يسمح بتحديد أي خلية عصبية تستجيب ومتى.
على عكس تقنية نيورالينك التي تضع الأقطاب الكهربائية فقط داخل الدماغ مع إبقاء شريحة معالجة الإشارة خارج الدماغ، تُغرس هذه الشريحة في الدماغ بطريقة طفيفة التوغل. يمكن وضع مستشعرات بحجم الخلايا ثلاثية الأبعاد داخل الدماغ لقراءة عمليات معالجة المعلومات داخل الخلايا العصبية من خلال الإشارات الضوئية.
خفضت الفريق البحثي أيضاً تكاليف الإنتاج بشكل كبير. دمج الفريق بين عملية الموصلات المعادن-أكسيد-مدرج (CMOS) الشائعة المستخدمة في الهواتف الذكية والعمليات اللاحقة القائمة على الطباعة ثلاثية الأبعاد، مما أدى إلى تقليل تكاليف الإنتاج إلى حوالي واحد على مائة من التكاليف السابقة مع الحفاظ على الأداء. كما وضع أساساً للاستفادة من البنية الأساسية المحلية لمسابك أشباه الموصلات الكورية، مما يتيح إنتاج الشرائح وتطويرها. وبناءً على ذلك، يمكن حتى للمؤسسات البحثية الصغيرة تصنيع مسابر عصبية موجهة للأغراض المحددة بتكاليف منخفضة نسبياً.
تتوقع الفريق البحثي أن تُستخدم هذه التقنية في التشخيص الدقيق لأمراض مثل داء باركنسون والخرف والاكتئاب، والأدوية الإلكترونية المخصصة التي تحفز خلايا محددة اختيارياً، وتطوير واجهات دماغ متقدمة مع الذكاء الاصطناعي.
قال الباحث الرئيسي لي: "للحصول على واجهة دماغ وحاسوب دقيقة وعلاج فعال لأمراض الدماغ، يتعين التمكن من التمييز بين أنواع الخلايا التي تنشط"، وأضاف: "قدمنا مجالاً تقنياً جديداً يسمى واجهة دماغ-حاسوب شبه موصلات ضوئية، ووضعنا أساساً لربط نقاط القوة في صناعة أشباه الموصلات الكورية بصناعة واجهات الدماغ والحاسوب."
* تمت ترجمة هذا المقال تلقائيًا بواسطة الذكاء الاصطناعي.