اتخذ باحثو الدماغ في الجامعة العبرية نهجا جديدا لفك رموز نشاط الدماغ الذي قد يمكن من حركة الأطراف الطبيعية أو الاصطناعية للأشخاص المشلولين أو مبتوري الأطراف
شرح:
نشاط عصبي في القشرة أمام الحركية للقرد يحتوي على معلومات حول اتجاه وصول اليد وشكل القبضة. يتم الحصول على المعلومات الأكثر دقة من الطريقة الجديدة لقياس مجموعات الخلايا العصبية (الأحمر)؛ القياس باستخدام طريقة تخطيط أمواج الدماغ (EEG) (الأزرق) وقياس نشاط الخلايا العصبية الفردية (الأخضر). (الصورة: ساندرين ألون مقدمة من الجامعة العبرية)
لقد اهتم علماء الأعصاب منذ سنوات عديدة بفهم العلاقة بين نشاط الدماغ والسلوك، وخاصة بين النشاط العصبي في المناطق الحركية في القشرة الدماغية وحركات اليد. وبعيدًا عن الأسئلة العلمية الأساسية، فإن البحث له أهمية عملية كبيرة لأنه إذا تم العثور على اتصال واضح، سيكون من الممكن مساعدة المشلولين والمبتورين من خلال بناء جهاز يقوم من خلاله نشاط الدماغ بتنشيط العضلات في الطرف المشلول أو الذراع الآلية.
في مقال نشر مؤخرا في مجلة علم الأعصاب، أفاد عيران ستارك والبروفيسور موشيه أبلز، باحثو الدماغ من قسم علم وظائف الأعضاء في الجامعة العبرية، عن نهج لقياس نشاط الدماغ لا يعاني من العديد من أوجه القصور التقليدية يقترب ويضمن تفسيرًا أكثر موثوقية لنشاط الدماغ.
يتم حاليًا استخدام طريقتين رئيسيتين لقياس النشاط الكهربائي في الدماغ. تعتمد الطريقة الأولى على موجة تخطيط كهربية الدماغ (EEG) التي يتم قياسها فوق فروة الرأس، مباشرة من القشرة الدماغية (أي الجزء الخارجي منها) أو من داخل الدماغ؛ تعتمد الطريقة الثانية على نشاط الخلايا العصبية الفردية في القشرة الدماغية ويتم قياسها باستخدام أقطاب كهربائية داخل المخ (أسلاك دقيقة جدًا).
كل من الطرق لها مزايا ولكن لها أيضًا عيوب تقنية حقيقية. ومن أجل فك تشفير نشاط الدماغ بدقة كافية لتشغيل ذراع آلية أو طرف مشلول، هناك حاجة إلى عدد كبير من القياسات المستقلة والمستقرة من منطقة صغيرة نسبيًا (في الشخص - حوالي أربعة أمتار مربعة). لا تعتبر أي من الطرق مثالية للقيام بذلك.
أحد عيوب استخدام مخطط كهربية الدماغ هو أن الأقطاب الكهربائية المتجاورة تقيس نفس النشاط تقريبًا، وبالتالي فإن فائدة الأقطاب الكهربائية المتعددة محدودة. عيب آخر ينشأ من حقيقة أن معظم التغييرات في موجة EEG تحدث بعد بدء الحركة وليس قبل ذلك، كما هو مطلوب للتحكم في طرف مشلول أو ذراع آلية.
أما بالنسبة لاستخدام الأقطاب الكهربائية داخل المخ، فقد تبين أنه مع مرور الوقت، يستجيب الدماغ لوجود أسلاك التسجيل من خلال تكوين خلايا داعمة تشبه الندبات بعد الإصابة، وبالتالي فإن جزءًا كبيرًا من نشاط الخلايا الفردية يكون ملثمين.
يتضمن النهج الذي اتبعه علماء الجامعة العبرية قياس نشاط جميع الخلايا العصبية الموجودة على مسافة متوسطة (حوالي 100 إلى 200 ميكرومتر) من سلك الانطباع. وبهذه الطريقة، يتم تسجيل الأنشطة المستقلة من عدد كبير من النقاط المجاورة. الأضرار الطفيفة التي لحقت بأنسجة المخ بالقرب من نقطة التسجيل لا تؤثر تقريبًا على جودة القياس. بالإضافة إلى ذلك، يبقى القياس ثابتًا لفترة طويلة.
وفي الدراسة الجديدة، تم تدريب القرود على أخذ مجموعة متنوعة من الأشياء التي تم وضعها في نقاط مختلفة. يتطلب فعل الأخذ التنسيق بين اتجاه مد الذراع وقبضة الأصابع. وباستخدام ما يصل إلى ستة عشر سلكًا رفيعًا، تم تسجيل أدمغة القردة أثناء أخذها للأشياء. وقد وجد أنه بمساعدة تسجيل أنشطة مجموعات الخلايا العصبية، كما هو موضح أعلاه، من الممكن التنبؤ باتجاه الوصول ونوع القبضة التي سيؤديها القرد بدقة تبلغ حوالي 90٪، وفي وفي بعض الحالات تصل الدقة إلى أكثر من 99%. كان خطأ التنبؤ بناءً على طريقة القياس الموضحة في الدراسة الجديدة أصغر مرتين إلى ثلاث مرات من الخطأ الناتج عن التنبؤ بناءً على طرق القياس الأخرى.
ويعتقد الباحثون أن البحث الجديد يتقدم نحو فك رموز النوايا الحركية للأشخاص المشلولين أو مبتوري الأطراف، ويمهد الطريق لإنتاج أجهزة أفضل لترجمة نشاط الدماغ إلى حركات فعلية.
