أجهزة متطورة لتسجيل نشاط الدماغ والإشارات البيولوجية الأخرى أثناء المشي والحركة بدقة عالية.
يمكن للتكنولوجيات الجديدة أن تسهم في الأبحاث بشكل كبير في مختلف المجالات، بما في ذلك الطب وعلم الأعصاب. في السنوات الأخيرة، على سبيل المثال، ابتكر المهندسون أجهزة متطورة بشكل مضطرد لتسجيل نشاط الدماغ والعلامات البيولوجية الأخرى بدقة عالية.
طور فريق بحث متعدد التخصصات في جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس «UCLA» ومعاهد أخرى في الولايات المتحدة مؤخرا لوائح أعصاب متراصة، وهي تقنية جديدة يمكن أن توضع على اليد، ويمكنها تسجيل نشاط كل خلية عصبية في الدماغ كإنسان يمشي أو يتحرك.
يمكن أن يساعد هذا الجهاز، المذكور في ورقة نشرت في Nature Neuroscience، في جمع أفكار قيمة حول النشاط العصبي أثناء المشي، مع إمكانية تحسين علاجات اضطرابات الدماغ أيضا.
قال ديجان ماركوفيتش، أحد الباحثين الذين نشروا الدراسة في مجلة Medical Xpress: ”كانت دراستنا مدفوعة بالحاجة إلى أجهزة أصغر حجما وأكثر مرونة لتطبيقات علم الأعصاب السريري“. ”كانت أهدافنا الأساسية هي صنع جهاز صغير بما يكفي ليكون قابلا للارتداء، وللتجارب المتنقلة، وتوفير تسجيلات عريضة النطاق بما في ذلك الإمكانات الميدانية المحلية والوحدات الفردية.“
الأعصاب الألواح العصبية المتراصة، الجهاز الذي أنشأه ماركوفيتش وزملاؤه، هو تقريبا بحجم كومة من البطاقات، وهي أصغر بكثير من الأجهزة الحالية لتسجيل نشاط العصب الواحد. هذا يجعلها مناسبة بشكل خاص للتجارب المتنقلة، حيث يتحرك المشاركون البشريون أو يكملون المهام الديناميكية.
أوضح ماركوفيتش: ”ببساطة، يستمع الجهاز إلى الدماغ ويتحدث إلى الدماغ“. ميزتها الأكثر تفردا هي القدرة على تسجيل الخلايا العصبية المفردة في البشر المتحركين بحرية. ميزة مهمة أخرى هي تشكيل التحفيز القابل للتخصيص بدرجة كبيرة بالإضافة إلى توقيت التحفيز بالنسبة لمرحلة نشاط ثيتا."
يعتمد جهاز الباحثين على طاقة منخفضة للغاية ودوائر متكاملة للمنطقة. عندما يرتديه البشر أو يحملونه في أيديهم، يسجل الجهاز نشاط الخلايا العصبية المفردة بدقة عالية.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن لنظام الألواح العصبية المتراصة أيضا تحفيز الخلايا العصبية في الدماغ، من خلال سلسلة من الأقطاب الكهربائية ذات الموقع الاستراتيجي. يمكن برمجة هذه التحفيزات بسهولة وعن بعد للتحقيق في حالات دماغية محددة أو علاجها.
وقال ماركوفيتش: ”إن أهم مساهمة هي القدرة على استكشاف وظيفة الدماغ أثناء السلوكيات الطبيعية لدى البشر على مستوى الخلايا العصبية المفردة“. لم تكن مثل هذه الدراسات ممكنة إلا في النماذج الحيوانية من قبل، لذلك توفر هذه التكنولوجيا فرصة لسد عقود من النتائج العلمية العصبية عبر الأنواع.
اختبر ماركوفيتش وزملاؤه أجهزتهم في البداية في بيئة مختبرية. بعد التحقق من صحة تصميمه، أجروا سلسلة من التقييمات في العالم الحقيقي على المرضى الذين تم تشخيص إصابتهم بالصرع.
خضع هؤلاء المرضى لإجراء جراحي تم خلاله زرع بعض الأقطاب الكهربائية في دماغهم العميق، كعلاج لنوبات الصرع. استخدم الفريق بنجاح كومة عصبية لتسجيل نشاط الخلايا العصبية المفردة في أدمغة هؤلاء المرضى بدقة عالية وتقديم تحفيز كهربائي في الوقت المناسب بدقة.
بالإضافة إلى ذلك، استخدم الباحثون أجهزتهم لتسجيل نشاط العصبون الواحد والإمكانات الميدانية المحلية «LFP» بينما كان البشر يسيرون. ثم تمكنوا أيضا من فك تشفير النشاط العصبي في الوقت الفعلي، حيث أكمل المشارك مهمة ذاكرة بسيطة.
في المستقبل، يمكن أن تساعد الألواح العصبية المتراصة في تطوير الأبحاث التي تستكشف الأساس الفسيولوجي العصبي للأمراض البشرية، مع إمكانية علاجات بتوظيف أجهزة مزروعة وغير مزروعة تؤثر في الجهاز العصبي وتحسن حياة المرضى. وفي الوقت نفسه، يخطط ماركوفيتش وزملاؤه لإنشاء أجهزة أخرى مطورة استنادا إلى تصميم المكدس العصبي، مما قد يسهل نشر تقنيتهم في البيئات السريرية.
وأضاف ماركوفيتش: ”ستمكننا هذه الأجهزة الجديدة من تطوير منصة بيانات للبحث وتطوير العلاج“. ”سيتطور الجهاز إلى شكل جهاز يمكن زرعه داخل جسم المريض، لدينا بالفعل خبرة فيه، لاضطرابات الدماغ القائمة على الشبكة. ستفتح منصة البيانات والجهاز القابل للزرع مسارات لمعالجة المؤشرات المختلفة في المستقبل. في نهاية المطاف، نتصور عمليات نتصور عمليات زرع لا تحتاج إلى عمليات باضعة التوغل يمكن التوصل إليها على نطاق واسع.“
