في خطوة تُعدّ تحولًا محوريًا في عالم التكنولوجيا الحيوية، طوّر باحثون من جامعة كورنيل شريحة عصبية متناهية الصغر يمكنها تسجيل نشاط الدماغ ونقله لاسلكيًا لمدة تتجاوز عامًا كاملًا، ما قد يمهد الطريق لجيل جديد من الأجهزة الطبية القابلة للزرع.
مقارنة بين حجم الشريحة وحجم حبة ملح داخل المعمل
تفاصيل التقنية
– طور باحثون من جامعة “كورنيل” في نيويورك شريحة تُعرف باسم ” MOTE”، وتعتمد على نظام بصري متطور يسمح لها بإرسال إشارات الدماغ عبر ومضات من الأشعة تحت الحمراء، وتتميز بصغر حجمها البالغ نحو 300 ميكرون طولًا (0.3 مليمتر) و70 ميكرون عرضًا، أي ما يعادل عرض شعرة الإنسان.
قيادة البحث
– قاد المشروع “أليوشا مولنار”، الأستاذ في كلية الهندسة الكهربائية والحاسوبية بجامعة كورنيل، بالتعاون مع “سون وو لي” من جامعة “نانيانغ” التكنولوجية في سنغافورة، والذي بدأ العمل على هذه التقنية كباحث مشارك في مرحلة ما بعد الدكتوراه في مختبر “مولنار”.
تجارب ناجحة
– اختُبرت الشريحة أولًا في بيئة خلوية ثم زُرعت داخل أدمغة الفئران في المنطقة المسؤولة عن الإحساس باللمس، ونجحت في تسجيل الإشارات العصبية بدقة واستقرار على مدار عام كامل، دون أن تؤثر سلبًا على صحة الحيوانات أو نشاطها اليومي.
طريقة العمل
– تعتمد الشريحة على أشعة الليزر الحمراء وتحت الحمراء لتوليد الطاقة، حيث تمر الأشعة عبر أنسجة الدماغ دون ضرر، فيما يقوم صمام داخل الشريحة بتحويل الضوء إلى طاقة كهربائية ثم يعيد إرسال البيانات إلى المستقبلات الخارجية على شكل نبضات ضوئية مشفرة.
تاريخ الفكرة
– تعود جذور المشروع إلى عام 2001 حين طرح “مولنار” فكرته الأولى عن مستشعر لاسلكي مصغّر، لكن الإمكانات التقنية آنذاك لم تكن كافية، وبعد أكثر من عقد، ومع تطور تقنيات النانو والإلكترونيات الضوئية، أعاد “مولنار” إحياء المشروع ونجح في تحويل الفكرة إلى نموذج عملي قابل للتطبيق.
أصغر شريحة
– قال “مولنار”: “على حد علمنا، هذه أصغر شريحة عصبية تقيس النشاط الكهربائي في الدماغ وتُرسله لاسلكيًا، وباستخدام أسلوب ترميز يعتمد على تعديل موقع النبض، يمكننا استخدام طاقة ضئيلة جدًا لنقل البيانات بنجاح عبر الإشارات الضوئية”.
نظام طاقة معقد
– تتميز هذه الشريحة بصغر حجمها مقارنة بالابتكارات السابقة، ونظام الطاقة المعتمد على الليزر ومدة التسجيل الطويلة، ما قد يسمح للأطباء بجمع التسجيلات الكهربائية من الدماغ أثناء فحوصات الرنين المغناطيسي، وهو أمر غير ممكن إلى حد كبير مع الشرائح السابقة.
آفاق مستقبلية
– يفتح هذا الابتكار الباب أمام استخدامات أوسع في المجال الطبي والعصبي، مثل مراقبة الحبل الشوكي أو تطوير شرائح ذكية يتم دمجها في الأطراف الصناعية المتصلة بالأعصاب، ما يسهم في تطوير سوقًا ضخمة للأجهزة الحيوية المتكاملة.
تأثير ممتد
– يتسع تأثير الشريحة الجديدة في مجالي الطب وعلوم الأعصاب إلى إمكانية تغيير طريقة مراقبة وعلاج أمراض مثل الصرع والباركنسون والزهايمر، من خلال تسجيل النشاط العصبي بشكل مستمر ودقيق، ويُعد تصميمها الدقيق ميزة مهمة تقلل من مخاطر العمليات الجراحية، فيما تتيح التسجيلات طويلة الأمد فرصة لفهم أعمق لآليات التعلّم والنوم.
خطوة نوعية
– يُعد ابتكار شريحة “MOTE” العصبية خطوة نوعية في دمج التكنولوجيا مع علوم الأعصاب والطب، وهذا الإنجاز لا يفتح آفاقًا جديدة في تشخيص وعلاج الأمراض العصبية فقط، بل يضع أساسًا لتطوير أجهزة حيوية متكاملة يمكن توظيفها في الحبل الشوكي والأطراف الصناعية المستقبلية.
المصادر: ناتشور إلكترونكس (Nature Electronics) – جامعة كورنيل – ميديكال إكسبريس (Medical Xpress) – تيكجوس (techjuice) – ببيولار ساينس (Widespread Science).