قام المهندسون بتصميم " جهاز تنظيم ضربات الدماغ" اللاسلكي الذي يمكنه اكتشاف ومنع الرعاش أو النوبات لدى المرضى الذين يعانون من اضطرابات عصبية
بحسب منظمة الصحة العالمية ، تُصيب الاضطرابات العصبية أكثر من مليار شخص حول العالم، وتتسبب في أكثر من 6 ملايين حالة وفاة سنويًا. تشمل هذه الاضطرابات الصرع، ومرض الزهايمر ، والسكتة الدماغية أو إصابات الدماغ، ومرض باركنسون . ويُلاحظ تأثير هذه الأمراض في كل من الدول المتقدمة والنامية، وغالبًا ما يكون العلاج غير متوفر بسبب نقص الأنظمة الصحية المناسبة، أو الكوادر الطبية المؤهلة، أو عوامل أخرى. يشهد العالم شيخوخة سكانية، ووفقًا لمنظمة الصحة العالمية، سيتجاوز عمر أكثر من نصف السكان 65 عامًا خلال الثلاثين إلى الأربعين عامًا القادمة. لذا، من الضروري إدراك أن الاضطرابات العصبية ستشكل عبئًا صحيًا هائلًا في المستقبل القريب.
جهاز تنظيم ضربات القلب للدماغ
ابتكر مهندسون من جامعة كاليفورنيا في بيركلي بالولايات المتحدة الأمريكية جهازًا جديدًا لتحفيز الأعصاب، قادرًا على تسجيل النشاط الكهربائي للدماغ وتحفيزه في آنٍ واحد. يوفر هذا الجهاز علاجًا شخصيًا متطورًا للمرضى الذين يعانون من اضطرابات عصبية، وخاصة مرض باركنسون والصرع. يُطلق على الجهاز اسم WAND (جهاز تعديل عصبي لاسلكي خالٍ من التشويش)، ويمكن تسميته أيضًا " منظم ضربات الدماغ "، على غرار منظم ضربات القلب - وهو جهاز صغير يعمل بالبطارية، قادر على استشعار عدم انتظام ضربات القلب، ثم يرسل إشارة إلى القلب لتحقيق الإيقاع الصحيح المطلوب. وبالمثل، يستطيع منظم ضربات الدماغ مراقبة النشاط الكهربائي للدماغ لاسلكيًا وبشكل تلقائي، وبمجرد أن يتعلم تحديد علامات أو سمات الرعاش أو النوبة في الدماغ، يمكنه ضبط معايير التحفيز تلقائيًا عن طريق إرسال التحفيز الكهربائي "الصحيح" عند حدوث أي خلل. إنه نظام ذو حلقة مغلقة، قادر على التسجيل والتحفيز في آنٍ واحد، كما أنه قادر على ضبط المعايير المختلفة في الوقت الفعلي. يستطيع جهاز WAND تسجيل النشاط الكهربائي في الدماغ عبر أكثر من 125 قناة في نظام حلقة مغلقة. ولإثبات ذلك عملياً، أظهر الباحثون قدرة WAND على التعرف على حركات الذراع المحددة للغاية لدى قرود الريسوس واتخاذ التدابير المناسبة لتأخيرها بنجاح.
التحديات مع الأجهزة السابقة
أحد التحديات الرئيسية في العثور على العلاج المناسب للمريض الذي يعاني من حالة عصبية هو المدة الطويلة لإيجاد إجراء أولاً ثم التكاليف الباهظة التي ينطوي عليها ذلك. يمكن لأي جهاز من هذا القبيل أن يمنع بشكل فعال الهزات أو النوبات عند المرضى. ومع ذلك ، فإن التوقيعات الكهربائية التي تأتي قبل النوبة الفعلية أو الرعاش تكون دقيقة للغاية. كما أن تواتر وقوة التحفيز الكهربائي المرغوب الذي لديه القدرة على منع هذه الهزات أو النوبات حساس للغاية. هذا هو السبب في أن التعديلات الصغيرة لمرضى معينين عادة ما تستغرق سنوات قبل أن يتمكن أي جهاز من هذا القبيل من توفير العلاج الأمثل. إذا تم مواجهة هذه التحديات بشكل مناسب ، يمكن أن تكون هناك زيادة مؤكدة في النتائج وإمكانية الوصول.
في دراسة جديدة نُشرت في مجلة Nature Biomedical Engineering ، سعى الباحثون إلى تصميم جهاز يُحقق أفضل النتائج الممكنة للمريض من خلال توفير تحفيز مثالي. ولا يُمكن تحقيق ذلك إلا من خلال الاستماع إلى أنماط الإشارات العصبية وتسجيلها. إلا أن تسجيل الإشارات الكهربائية وتحفيزها يُعدّ تحديًا كبيرًا، إذ يُمكن للنبضات القوية الناتجة عن التحفيز أن تُطغى على الإشارات الكهربائية في الدماغ. وتكمن المشكلة في أجهزة تحفيز الدماغ العميق الحالية في عدم قدرتها على "تسجيل" الإشارات و"توصيل" التحفيز إلى نفس المنطقة من الدماغ في الوقت نفسه. ويُعدّ هذا الجانب بالغ الأهمية لأي علاج ذي حلقة مغلقة، ولا يوجد حاليًا أي جهاز من هذا النوع مُتاح تجاريًا أو غير ذلك.
هذا هو المكان الذي تظهر فيه استثنائية WAND في الصورة. صمم الباحثون دوائر WAND المخصصة والتي يمكنها "تسجيل" إشارات كاملة من كل من موجات الدماغ الدقيقة وكذلك من النبضات الكهربائية الأقوى. ينتج عن طرح الإشارة من النبضات الكهربائية إشارة أوضح من موجات الدماغ والتي لا تستطيع أي من الأجهزة الموجودة القيام بها. وبالتالي ، فإن التنبيه والتسجيل المتزامن في نفس المنطقة من الدماغ ينقل إلينا الأحداث الدقيقة التي يمكن استخدامها لتصميم علاج مثالي. يسمح WAND بإعادة البرمجة لاستخدامها في تطبيقات مختلفة. في تجربة حية على القرود ، كان جهاز WAND بارعًا في اكتشاف الإشارات العصبية ، ثم كان قادرًا على تقديم التحفيز الكهربائي المطلوب. لأول مرة ، تم عرض نظام الحلقة المغلقة لأداء هاتين المهمتين معًا.
***
المصدر (ق)
Zhou A et al 2018. جهاز تعديل عصبي 128 قناة لاسلكي وخالي من المشغولات لتحفيز الحلقة المغلقة والتسجيل في الرئيسيات غير البشرية. طبيعة الهندسة الطبية الحيوية.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
***
