يشير الاكتشاف الجديد إلى إمكانية تطوير أجهزة كمبيوتر بيولوجية مستوحاة من الدماغ - أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وقادرة على التفاعل المباشر مع الخلايا الحية.
طوّر مهندسون في جامعة ماساتشوستس أمهرست خلية عصبية اصطناعية تتصرف بشكلٍ ملحوظ كخلية عصبية طبيعية. ويستند هذا الإنجاز إلى بحثٍ سابقٍ ابتكر فيه الفريق أسلاكًا نانوية بروتينية من بكتيريا تُولّد الكهرباء. ويشير الاكتشاف الجديد إلى إمكانية تطوير حواسيب بيولوجية مستوحاة من الدماغ، أكثر كفاءةً في استخدام الطاقة، ولديها القدرة على التفاعل مباشرةً مع الخلايا الحية.
شواي فو، طالب دكتوراه في الهندسة الكهربائية والحاسوبية في جامعة ماساتشوستس أمهرست والمؤلف الرئيسي لدراسة نُشرت فيطبيعة الاتصالات ويوضح قائلاً: "تعالج أدمغتنا كمية هائلة من البيانات، لكن استهلاكها للطاقة منخفض للغاية - خاصة مقارنة بالكهرباء اللازمة لتشغيل نماذج لغوية كبيرة، مثل ChatGPT."
تحدي الكفاءة
يستهلك الدماغ البشري، الذي يحتوي على مليارات الخلايا العصبية المسؤولة عن إرسال واستقبال الإشارات الكهربائية، ما مجموعه حوالي 20 واط، وهو ما يكفي لأداء مهام معقدة مثل كتابة قصة. وبالمقارنة، قد يستهلك نموذج لغوي ضخم أكثر من ميغاواط لأداء المهمة نفسها.
على الرغم من الاهتمام الكبير من المهندسين بتطوير خلايا عصبية اصطناعية لتحسين كفاءة الحواسيب، إلا أن المشكلة الرئيسية كانت الجهد الكهربائي. يوضح البروفيسور جون ياو، المؤلف الرئيسي للدراسة: "استخدمت الإصدارات السابقة جهدًا كهربائيًا أكبر بعشرة أضعاف، واستهلكت طاقة أكبر بمئة مرة مما أنتجناه. هذا يعني أنها كانت غير فعالة، ولم تتمكن من الاتصال مباشرةً بالخلايا العصبية الحية، التي كانت تستجيب بتثبيط لهذا الجهد العالي".
وسجلت الخلية العصبية الجديدة قيمًا منخفضة للغاية - حوالي 0.1 فولت - وهي متطابقة تقريبًا مع جهد الخلايا العصبية في جسم الإنسان.
التطبيقات المستقبلية
قد يكون للتكنولوجيا الجديدة التي ابتكرها فو فياو العديد من التطبيقات: بدءًا من تصميم أجهزة كمبيوتر حيوية فعالة للغاية من حيث التكلفة إلى الأجهزة الإلكترونية التي يمكنها "التحدث" مباشرة إلى الجسم.
يقول ياو: "لدينا اليوم مجموعة متنوعة من أنظمة الاستشعار الإلكترونية القابلة للارتداء، لكنها معقدة وغير فعالة. في كل مرة تستقبل فيها إشارة من الجسم، يجب عليها تضخيمها كهربائيًا ليتمكن الحاسوب من تحليلها. هذه الخطوة الوسيطة تزيد من استهلاك الطاقة وتعقيد الدوائر. أما أجهزة الاستشعار القائمة على خلايانا العصبية، وبجهد منخفض، فيمكنها العمل دون الحاجة إلى أي تضخيم."
سر النجاح – أسلاك البروتين النانوية
المكون الثوري في الخلية العصبية الجديدة هو سلك بروتيني نانوي مشتق من بكتيريا غير عادية - جيوباكتر سولفورديوسينس ، والتي يمكنها أيضًا توليد الكهرباء. سبق أن استخدم ياو وزملاؤه هذه الخيوط البروتينية لتصميم أجهزة أخرى فعّالة من حيث التكلفة، بما في ذلك: غشاء حيوي يعمل بالتعرق ويوفر الطاقة للأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء، و"أنف إلكتروني" يمكنه شم الأمراض، وجهاز يستخرج الكهرباء من الهواء نفسه.
مصدر
"بناء الخلايا العصبية الاصطناعية بمعلمات وظيفية تتوافق بشكل شامل مع القيمة البيولوجيةس"
بقلم شواي فو وزملائه، نُشر فيطبيعة الاتصالات في 29 سبتمبر 2025.
تم دعم البحث من قبل مكتب أبحاث الجيش الأمريكي، والمؤسسة الوطنية للعلوم الأمريكية (NSF)، والمعاهد الوطنية للصحة (NIH)، ومؤسسة سلون.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
