تشهد تقنيات الواجهات العصبية تطورًا متسارعًا نتيجة الحاجة إلى أدوات أكثر دقة ومرونة لدراسة نشاط الدماغ والتفاعل مع الخلايا العصبية. وفي هذا السياق، طوّر فريق بحثي دولي غرسة عصبية بوليمرية مرنة تجمع ثلاث وظائف رئيسية في ليف دماغي واحد، تتمثل في تسجيل النشاط الكهربائي للخلايا العصبية، وتحفيزها ضوئيًا باستخدام تقنية علم البصريات الوراثي، إضافة إلى توصيل السوائل والمواد إلى مواقع محددة داخل الأنسجة الدماغية. ويتميز التصميم الجديد بصغر قطره الذي يتراوح بين 420 و440 ميكرومتر، مع إمكانية الوصول إلى مناطق مختلفة من الدماغ على أعماق متعددة من خلال أداة واحدة. تعتمد الغرسة على دليل بصري مركزي لنقل الضوء، تحيط به ثماني قنوات دقيقة يمكن استخدامها لتوصيل السوائل أو دمج أقطاب كهربائية لتسجيل الإشارات العصبية. وأظهرت التجارب الأولية على الفئران إمكانية تسجيل النشاط العصبي من مناطق مختلفة، بما في ذلك القشرة الدماغية والحصين، بالتزامن مع تحفيز الخلايا العصبية بالضوء. كما أظهرت اختبارات مخبرية قدرة القنوات الدقيقة على توصيل مواد إلى نقاط مختلفة على امتداد الليف. وتشير هذه النتائج إلى إمكانية تطوير واجهات عصبية أكثر تكاملًا وأقل اعتمادًا على تعدد الغرسات، مع أهمية التأكيد على أن التقنية لا تزال في المرحلة البحثية ولم تُختبر على البشر أو تثبت فاعليتها العلاجية بعد. الكلمات المفتاحية: الغرسات الدماغية، الواجهات العصبية، النشاط العصبي، علم البصريات الوراثي، التحفيز الضوئي، الأقطاب الكهربائية، القنوات الدقيقة، الهندسة العصبية. المقدمة يمثل الدماغ أحد أكثر الأنظمة الحيوية تعقيدًا، إذ يعتمد عمله على شبكة هائلة من الخلايا العصبية التي تتبادل المعلومات من خلال إشارات كهربائية وكيميائية دقيقة. ولذلك، فإن فهم آليات عمل الدماغ يتطلب تقنيات قادرة على تسجيل هذه الإشارات وتحفيز الخلايا العصبية والتفاعل معها بدقة مكانية وزمنية عالية. وقد اعتمدت العديد من الدراسات العصبية التقليدية على استخدام أجهزة منفصلة لكل وظيفة؛ إذ تُستخدم الأقطاب الكهربائية لتسجيل النشاط العصبي، والألياف البصرية للتحفيز الضوئي، بينما تحتاج عمليات توصيل الأدوية أو المواد الكيميائية إلى قنوات أو أجهزة مخصصة. ويؤدي استخدام عدة أجهزة في الوقت نفسه إلى زيادة حجم الغرسات وتعقيد عملية الزرع، كما قد يحد من القدرة على دراسة مناطق متعددة من الدماغ بطريقة متزامنة. ومن هنا ظهرت الحاجة إلى تطوير واجهات عصبية متعددة الوظائف تستطيع دمج أكثر من تقنية في جهاز صغير ومرن. وقد قدم باحثون من الجامعة التقنية في الدنمارك وجامعة كوبنهاغن وكلية لندن الجامعية وجامعة مانشستر تصميمًا جديدًا لليف عصبي مرن أطلقوا عليه اسم المحور الكهربائي الميكروسيالي، يجمع بين التسجيل الكهربائي والتحفيز الضوئي وتوصيل المواد عبر قنوات دقيقة. التصميم الهندسي للغرسة صُممت الغرسة من مواد بوليمرية مرنة، من بينها البولي كربونات والبولي ميثيل ميثاكريلات، وبقطر يتراوح تقريبًا بين 420 و440 ميكرومتر، أي أقل من نصف مليمتر. ويعتمد التصميم على تركيب متعدد المكونات؛ إذ يوجد في مركز الليف دليل بصري مخصص لنقل الضوء إلى النسيج العصبي، بينما تحيط به ثماني قنوات دقيقة يمكن توظيفها لتوصيل السوائل أو دمج أقطاب كهربائية لتسجيل النشاط العصبي. وتكمن أهمية هذا التصميم في أن الوظائف المختلفة لا تتركز جميعها في نهاية الليف، بل يمكن توزيع نقاط التسجيل أو التحفيز أو توصيل المواد على مواقع مختلفة على طول الغرسة. ويساعد ذلك في الوصول إلى مناطق دماغية تقع على أعماق مختلفة باستخدام ليف واحد. أولًا: تسجيل النشاط الكهربائي للدماغ تنتج الخلايا العصبية إشارات كهربائية نتيجة انتقال الأيونات عبر أغشيتها، ويمكن قياس هذه الإشارات باستخدام أقطاب كهربائية دقيقة. وتتيح الغرسة الجديدة وضع عدة نقاط تسجيل على امتداد الليف، الأمر الذي يسمح برصد النشاط العصبي من أكثر من منطقة. وفي التجارب التي أجريت على الفئران، تمكن الباحثون من تسجيل إشارات عصبية من مناطق شملت القشرة الدماغية والحصين. وتوفر هذه الخاصية ميزة مهمة مقارنة بالتصاميم التي تتيح التسجيل من نقطة واحدة فقط، لأنها تساعد الباحثين على دراسة العلاقة بين النشاط العصبي في مناطق مختلفة من الدماغ، وكذلك متابعة التغيرات في النشاط على مستويات مكانية متعددة. ثانيًا: التحفيز العصبي باستخدام الضوء تتمثل الوظيفة الثانية في إمكانية تحفيز الخلايا العصبية بواسطة الضوء ضمن تقنية تعرف باسم علم البصريات الوراثي (Optogenetics). وتعتمد هذه التقنية على إدخال تعديلات وراثية تجعل أنواعًا محددة من الخلايا العصبية حساسة لأطوال موجية معينة من الضوء. وبعد ذلك يمكن استخدام نبضات ضوئية لتنشيط هذه الخلايا أو تثبيط نشاطها، بحسب البروتينات الضوئية المستخدمة. وفي التجارب التي أجريت على أدمغة الفئران، استخدم الباحثون الضوء الأزرق لتحفيز الخلايا العصبية، وتمكنوا في الوقت نفسه من تسجيل الإشارات الكهربائية الناتجة عن هذا التحفيز. وتعد القدرة على التحفيز والتسجيل في الوقت نفسه من أهم خصائص التصميم؛ لأنها تسمح للباحث بمراقبة الاستجابة الكهربائية للدماغ مباشرة بعد تطبيق المنبه الضوئي. ومن المهم الإشارة إلى أن هذه الخاصية لا تعني أن الضوء يستطيع تحفيز الخلايا العصبية بصورة عامة دون تدخلات إضافية؛ إذ يعتمد علم البصريات الوراثي على جعل الخلايا المستهدفة حساسة للضوء، ولذلك لا يزال استخدام هذه التقنية في هذا السياق ضمن المجال البحثي. ثالثًا: توصيل المواد عبر القنوات الدقيقة تتمثل الوظيفة الثالثة في إمكانية ضخ السوائل أو المواد من خلال قنوات متناهية الصغر داخل الليف. وقد اختبر الباحثون هذه الخاصية باستخدام نموذج يحاكي أنسجة الدماغ، حيث تمكنوا من ضخ مادتين ملونتين عبر قناتين منفصلتين إلى نقاط مختلفة. وبلغ الفرق بين نقطتي التوصيل نحو 2.7 مليمتر. وتعتمد هذه الخاصية على تصميم طرف الليف وقطعه بزوايا محسوبة، بحيث تظهر مخارج القنوات والأقطاب عند مواضع مختلفة على طول الغرسة. وبذلك يمكن توزيع المواد أو تسجيل الإشارات من مستويات مختلفة بدلًا من تركيز جميع الوظائف عند نقطة واحدة. وتفتح هذه التقنية المجال أمام تطوير أنظمة مستقبلية قادرة على توصيل مواد دوائية أو كيميائية بصورة أكثر تحديدًا، إلا أن إثبات الاستخدام العلاجي لهذه الخاصية يتطلب تجارب حيوية موسعة قبل الانتقال إلى الدراسات السريرية. المرونة والاستجابة النسيجية تمثل مرونة الغرسة أحد الجوانب المهمة في تصميم الواجهات العصبية، لأن الأنسجة الدماغية لينة وحساسة، بينما تكون بعض الغرسات التقليدية أكثر صلابة منها. ومن الناحية النظرية، يمكن للمواد البوليمرية المرنة أن تقلل من الاختلاف الميكانيكي بين الغرسة والأنسجة المحيطة، الأمر الذي قد يساعد على تقليل بعض الاستجابات النسيجية غير المرغوبة. وفي اختبار محدود على الفئران، قورنت الاستجابة النسيجية للغرسة الجديدة باستجابة الأنسجة لليف بوليمري تقليدي ذي طرف مسطح. وأظهرت النتائج اتجاهًا نحو انخفاض الاستجابة الالتهابية حول التصميم الجديد بعد أربعة أسابيع. ومع ذلك، فإن هذه النتائج تعد أولية بسبب محدودية حجم العينة، ولذلك لا يمكن اعتبارها دليلًا نهائيًا على انخفاض الالتهاب أو تحسن التوافق الحيوي، وتحتاج هذه الفرضية إلى دراسات أطول وأكثر شمولًا. أهمية دمج ثلاث وظائف في غرسة واحدة تكمن القيمة العلمية الأساسية لهذه التقنية في دمج ثلاث أدوات عصبية مختلفة ضمن بنية واحدة صغيرة. فبدلًا من استخدام غرسة للتسجيل الكهربائي وأخرى للتحفيز الضوئي وأداة إضافية لتوصيل المواد، يمكن للباحث استخدام ليف واحد يؤدي هذه الوظائف بصورة متكاملة. ويمكن أن يسهم هذا الدمج في تقليل عدد الأجهزة المزروعة داخل الدماغ، وتسهيل دراسة التفاعل بين التحفيز والنشاط العصبي، إضافة إلى إمكانية الوصول إلى طبقات أو مناطق تقع على أعماق مختلفة. كما يمكن أن يكون لهذا التصميم أهمية خاصة في الدراسات التي تتطلب مراقبة نشاط منطقة دماغية أثناء التأثير في منطقة أخرى، أو عند دراسة كيفية انتقال الاستجابات العصبية بين مناطق مترابطة. التطبيقات البحثية المستقبلية يمكن أن توفر هذه التقنية منصة جديدة لدراسة عدد من الظواهر العصبية، مثل آليات التعلم والذاكرة، ودراسة الدوائر العصبية المرتبطة بالحركة والسلوك، وتحليل التفاعل بين مناطق مختلفة من الدماغ. كما يمكن أن تكون مفيدة في الأبحاث المتعلقة باضطرابات عصبية مثل الصرع وبعض الاضطرابات العصبية الأخرى، من خلال الجمع بين تسجيل النشاط الكهربائي وتحفيز الخلايا ومراقبة استجابتها. وفي المستقبل، قد تساعد التطورات في المواد البوليمرية وتصغير القنوات والأقطاب على بناء واجهات عصبية أكثر دقة وقدرة على العمل لفترات أطول. ومع ذلك، فإن الانتقال من الاستخدام البحثي إلى الاستخدام الطبي يتطلب إثبات عدد من المتطلبات، من بينها السلامة طويلة الأمد، والتوافق الحيوي، والاستقرار الكهربائي والبصري، ودقة توصيل المواد، إضافة إلى تقييم المخاطر المرتبطة بالزرع داخل الدماغ. التحديات والحدود على الرغم من النتائج الواعدة، فإن التقنية لا تزال في مرحلة البحث والتطوير. فقد أجريت التجارب الأساسية على نماذج حيوانية، في حين اختبرت خاصية توصيل المواد في نموذج يحاكي أنسجة الدماغ ولم تمثل تجربة علاجية داخل دماغ حيوان حي. كما أن النتائج المتعلقة بالاستجابة الالتهابية تستند إلى اختبار محدود، ولذلك لا تزال بحاجة إلى عينات أكبر وفترات متابعة أطول. ولا يمكن في الوقت الحالي اعتبار هذه الغرسة علاجًا مثبتًا للصرع أو غيره من الأمراض العصبية، كما لم تثبت سلامتها أو فعاليتها لدى البشر. ويُعد هذا التفريق ضروريًا عند تقييم التقنيات الناشئة في مجال الهندسة العصبية. الخاتمة يمثل تطوير غرسة دماغية مرنة تجمع التسجيل الكهربائي والتحفيز الضوئي وتوصيل المواد خطوة مهمة في مجال الواجهات العصبية متعددة الوظائف. ويمنح التصميم الباحثين إمكانية التعامل مع مناطق مختلفة من الدماغ باستخدام ليف واحد صغير القطر، بدلًا من الاعتماد على عدة أجهزة منفصلة. وتكمن أهمية هذه التقنية في قدرتها على الجمع بين أدوات المراقبة والتحفيز والتوصيل ضمن منصة واحدة، مما قد يساهم في إجراء تجارب عصبية أكثر تكاملًا وفهمًا للتفاعلات بين الدوائر الدماغية. ومع ذلك، فإن القيمة الحالية للتقنية تتركز أساسًا في المجال البحثي، بينما يتطلب تحويلها إلى تطبيقات علاجية مستقبلية إجراء دراسات إضافية للتحقق من السلامة والفعالية والتوافق الحيوي على المدى الطويل. ولذلك يمكن النظر إلى هذه الغرسة بوصفها خطوة واعدة نحو الجيل الجديد من الواجهات العصبية الذكية ومتعددة الوظائف. جامعة المستقبل – الجامعة الأولى في العراق