رقاقة في الرأس

لقد كان تسخير قوة الكمبيوتر لتعزيز العقل البشري دائمًا إحدى السمات المميزة للخيال العلمي. لكن الآن، يقترب تصحيح الذاكرة باستخدام شريحة في الدماغ من المرحلة التجريبية الفعلية 

آنا جريفيث، مجلة ساينتفيك أمريكان

لقد كان تسخير قوة الكمبيوتر لتعزيز العقل البشري دائمًا إحدى السمات المميزة للخيال العلمي. لكن في الواقع، اتخذ العلماء بالفعل عدة خطوات نحو التكامل بين الدماغ والآلة. في ربيع عام 2007، يعتزم فريق من جامعة جنوب كاليفورنيا استبدال أنسجة دماغ الفئران التالفة بأطراف اصطناعية عصبية.
على مدى السنوات القليلة الماضية، أثبت الباحثون قدرتهم على ترجمة أفكار كائن آخر إلى أفعال. في عام 2000، قام عالم الأعصاب ميغيل نيكولاي من جامعة ديوك بتوصيل قطب كهربائي إلى دماغ قرد يتحكم في ذراع آلية بقوة عقله. إن واجهات الدماغ والآلة، التي طورها طبيب الأعصاب نيلز بيرباومر من جامعة توبنغن في ألمانيا، تساعد بالفعل بعض المرضى المصابين بالشلل على تحريك مؤشر الكمبيوتر باستخدام موجات الدماغ واستخدامها لاختيار الحروف التي تظهر على الشاشة لكتابة الرسائل.
قام ثيودور دبليو بيرغر وزملاؤه في جامعة جنوب كاليفورنيا (USC) بتطوير واجهة بينية بين الدماغ والآلة، والتي تتواصل لأول مرة مع الدماغ. في يناير 2006، استخدموا شريحة سيليكون لتقليد تصرفات الخلايا العصبية البيولوجية في أقسام الأنسجة من الحصين، عقدة فرز وتخزين الذاكرة، التي تمت إزالتها من دماغ الفئران. استبدلت الشريحة جزءًا من الحصين الذي تمت إزالته جراحيًا وأعادت تشغيله من خلال معالجة الإشارات العصبية وترجمتها إلى المخرجات المناسبة بمستوى دقة 90٪.
لعدة سنوات حتى الآن، كان مهندسو الطب الحيوي على وشك اختبار شريحة في أقسام الحصين، لكنهم واجهوا حواجز على الطريق أبطأت تقدمهم. لم تعمل تقنية مصفوفة الأقطاب الكهربائية بشكل صحيح في أقسام الأنسجة، وهو الفشل الذي أجبر الباحثين على تطوير أقطاب كهربائية خاصة بهم. وكانت هناك أيضًا صعوبة في قطع الحُصين بطريقة تحافظ على سلامة المسارات العصبية.
ويكلف بناء شريحة بمساحة ملليمتر مربع واحد عشرات الآلاف من الدولارات ويستغرق عدة أشهر. لذلك، يعتمد الاختبار في ربيع عام 2007 في الواقع على نموذج من هذه الشريحة، أي على مكون أكبر من نوع FPGA - مجموعة بوابة قابلة للبرمجة الميدانية والتي يمكن برمجتها وتوصيلها بجهاز كمبيوتر. سيسمح هذا المكون للباحثين بفحص وتعديل نموذجهم الرياضي بسهولة، والذي يصف التواصل العصبي في فأر حي، قبل حرقه على شريحة. وأوضح سام ديدويلر، أستاذ علم وظائف الأعضاء وعلم الصيدلة في جامعة ويك فورست والمؤلف المشارك للدراسة، كيف أن تحفيز الحصين لدى الفئران الحية بنمط نشاط معين يحسن أدائها في مهام الذاكرة، مثل تذكر الدواسة التي يجب الضغط عليها للحصول على ماء. وفي غضون بضعة أشهر سوف يستخدم نموذجًا رياضيًا مبرمجًا على FPGA للتنبؤ بالنشاط في الحصين. إذا تبين أن النموذج صحيح، فيمكن للزرع الاصطناعي استعادة ذاكرة الفئران التي تعاني من فقدان الذاكرة الناجم عن المخدرات.
في نماذج الحيوانات المعقدة، يقترح الفيزيائي أرماند تانغوي من جامعة جنوب كاليفورنيا زرع وحدة متعددة الرقائق من شأنها تسهيل نقل المعلومات. سوف تنقل الأشعة الضوئية الإشارات بين الوحدات العصبية الموجودة على طبقات شرائح متعددة. على عكس الأسلاك، تمر أشعة الضوء عبر بعضها البعض دون انقطاع، وهي ميزة تسمح بالعديد من الاتصالات. والنتيجة: شبكة من الأشعة الضوئية تربط رقائق السيليكون وتحاكي شبكة عصبية كثيفة.
تقول جريس بينج، مديرة البرامج في قسم الاكتشافات العلمية والتكنولوجية في معاهد الصحة الوطنية الأمريكية (NIH): "من المتوقع أن يواجه الباحثون العديد من التحديات عندما تنتقل أبحاثهم من المختبر إلى جسم الجرذ". في الواقع، لا يعرف الموظفون على وجه اليقين ما يمكن توقعه عندما يبدأون العمل مع الحيوانات. يقول الكيميائي مارك طومسون من جامعة جنوب كاليفورنيا إنه لمنع الرفض من قبل الجهاز المناعي، قد يكون من الضروري التثبيت على جزيئات الرقاقة التي تسمح عادة للخلايا بالالتصاق ببعضها البعض. بهذه الطريقة، سيشبه سطح الزرعة أنسجة الجسم. اللدونة العصبية، أو قدرة الدماغ على التعرف على الاتصالات الموجودة فيه، قد تشكل صعوبة أيضًا لأن الدماغ قد يمنع إنشاء اتصالات مستقرة بين الأعصاب والرقاقة. يقول فنغ متفائلًا: "في مجالات التطبيق الأخرى، مثل التحكم الحركي أو الإدراك، تساعد مرونة الدماغ وقدرته على التكيف عادةً على تحقيق النتائج من خلال واجهات اصطناعية".
هناك صعوبة أخرى قد تنشأ إذا تم اختبار عمليات زرع مماثلة على البشر، وهي احتمال أن يؤدي تجاوز الأعصاب التالفة في الحصين إلى تجاوز الوصلات العصبية الأخرى في الدماغ التي تقوم بتصفية ذكرياتنا. بمعنى آخر: قد لا يكون الدماغ قادرًا على استخلاص الذكريات. إذا حدث ذلك، فإن عملية الزرع ستكون بالفعل مكونًا لا يُنسى حقًا.