خطت الهندسة العصبية خطوة تاريخية قد تعيد كتابة مستقبل الطب والتكنولوجيا معًا، حيث تمكن باحثون من طباعة خلايا عصبية صناعية دقيقة تمتلك القدرة الفعلية على 'التحدث' بلغة الخلايا الدماغية الحقيقية للفئران.

هذا التطور المذهل، الذي نشره موقع «لايف ساينس» العلمي استنادًا إلى دراسة حديثة، لا يفتح الباب فقط أمام جيل جديد من الحواسيب، بل يمهد لقفزات طبية غير مسبوقة في علاج الأمراض المستعصية التي تصيب الدماغ البشري.

الهدف الأسمى وراء هذه التجارب المعقدة هو الوصول إلى ما يُعرف بـ 'الحواسيب المستوحاة من الدماغ'.

هذا الجيل المستقبلي من الأجهزة لا يعتمد على المعالجات التقليدية، بل يُصمم هندسيًا لتقليد طريقة عمل الدماغ البشري وتفرعاته.

الفائدة الكبرى هنا تكمن في قدرة هذه الحواسيب على تشغيل أنظمة «الذكاء الاصطناعي» الضخمة ومعالجة كميات هائلة من البيانات باستهلاك طاقة ضئيل جدًا، مقارنة بما تستهلكه خوادم اليوم العملاقة.

إلى جانب الثورة التقنية، يحمل هذا الابتكار أملًا طبيًا استثنائيًا. تقنية العصبونات الصناعية تبشر بتطوير واجهات 'دماغ-حاسوب' أكثر اندماجًا مع الجسم البشري، مما يسمح بالتحكم الدقيق في الأطراف الصناعية أو أجهزة التواصل المساعدة للمرضى المصابين بالشلل.

وتذهب طموحات العلماء لأبعد من ذلك، حيث يشيرون إلى إمكانية استخدام هذه الخلايا المصنعة معمليًا كبديل للخلايا العصبية التالفة، مما قد يساهم في استعادة وظائف الدماغ المفقودة لدى مرضى التدهور العصبي، مثل مصابي مرض الزهايمر.

ويعتمد عالم الحوسبة التقليدي منذ عقود على شرائح السيليكون الصلبة ذات البنية ثنائية الأبعاد، والتي تُعد ممتازة للعمليات الحسابية الخطية، لكنها تقف عاجزة أمام تعقيد الدماغ البشري.

الخلايا العصبية البشرية تتميز بمرونتها الفيزيائية وقدرتها على التمدد والتشابك في شبكة ثلاثية الأبعاد تتغير باستمرار بناءً على التعلم والخبرة، حيث تقوى الروابط بالاستخدام المستمر وتضعف بالإهمال.

لذلك، فإن محاولة زرع شريحة سيليكون صلبة داخل نسيج دماغي رخو تشبه محاولة إجبار آلة حاسبة معدنية على التحدث بلغة الأنسجة الحية؛ مما يفسر الأهمية القصوى لابتكار مواد مرنة وقابلة للطباعة تحاكي طبيعة الدماغ وسرعته.

أحبار ذكية تحاكي النبض البشري

تاريخيًا، واجه العلماء معضلة كبرى في اختيار المواد المناسبة لصناعة هذه العصبونات. المواد العضوية اللينة كانت بطيئة جدًا في نقل الإشارات، بينما كانت أكاسيد المعادن الصلبة سريعة بشكل لا يتناسب مع إيقاع الدماغ.

لحل هذه العقدة، لجأ فريق بحثي من جامعة «نورث وسترن»، في دراسة نُشرت منتصف أبريل في دورية «نيتشر نانوتكنولوجي»، إلى استخدام طابعة دقيقة لضخ 'أحبار إلكترونية' مبتكرة على شريحة مرنة من مادة البوليمر.

هذه الأحبار المتطورة تتكون من مادتين أساسيتين: رقائق دقيقة من مادة «ثاني كبريتيد الموليبدينوم» التي تعمل كشبه موصل يتحكم في مسار الطاقة، ومادة «الجرافين» التي تعمل كموصل ممتاز للكهرباء.

وفي السابق، كان العلماء ينظرون إلى البوليمرات المرنة كعائق لأنها تتدخل في مسار التيارات الكهربائية، لكن الباحثين هنا اكتشفوا كيفية تحويل هذا العيب إلى ميزة مذهلة. من خلال التحكم الحراري الدقيق وتفكيك البوليمر جزئيًا، تمكنوا من ترويض مسار الكهرباء داخل الخلية الصناعية.

آلية العمل العبقرية تتلخص في توليد ما يُعرف فيزيائيًا بـ 'النبضة الارتدادية'.

وبدلًا من تدفق التيار الكهربائي بشكل خطي ومستمر، يقوم النظام بتجميع الطاقة ثم إطلاقها فجأة في ومضة سريعة، ثم يتراجع، مقلدًا بذلك تمامًا آلية الشحن والتفريغ الفجائي التي تستخدمها أعصابنا الطبيعية عندما تستجيب لمؤثر ما.

يوضح الباحث المشارك في الدراسة وأستاذ علوم وهندسة المواد بجامعة نورث وسترن، مارك هيرسام، هذا الإنجاز قائلًا: «نحن نحاول محاكاة الدماغ بأكبر قدر ممكن من الدقة.

ما يدفعنا هو إيجاد بديل للحوسبة الرقمية التقليدية للتعامل مع كميات كبيرة من البيانات بطريقة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة». ويضيف مؤكدًا نجاحهم في ضبط الإيقاع: «يمكننا تحقيق جميع الأنواع المختلفة من استجابات النبضات التي تحاكي علم الأحياء».

الاختبار الحاسم والتحدي الأخير

لإثبات فاعلية هذا الابتكار، وضع العلماء خلاياهم العصبية الصناعية جنبًا إلى جنب مع شرائح حية من دماغ فأر داخل طبق معملي.

والنتيجة كانت مبهرة؛ لقد أطلقت الخلايا العصبية البيولوجية للفأر نبضاتها بنفس الإيقاع المتزامن مع الخلايا الصناعية. هذا التزامن المذهل يثبت أن الأنسجة الحية استطاعت فك شفرة الإشارة الصناعية والتعامل معها وكأنها صادرة من نسيج بيولوجي حقيقي.

هذا التقدم لاقى استحسانًا واسعًا في الأوساط العلمية. تيموثي ليفي، أستاذ الإلكترونيات الحيوية في جامعة بوردو الفرنسية وغير المشارك في الدراسة، أشاد بهذا النوع الجديد من العصبونات، مشيرًا لـ «لايف ساينس» إلى قدرتها العالية على «التوافق مع التردد الطبيعي للخلايا العصبية».

غير أن ليفي يضع الأمور في نصابها الواقعي، موضحًا أن الخلايا الصناعية لا تزال بعيدة عن التواصل الكامل والمستمر مع الخلايا البيولوجية، مضيفًا: «يمكننا السيطرة عليها لفترة قصيرة، ولكن ليس لفترة طويلة بعد»، مما يعني أنها لم تجهز تمامًا لتصبح غرسات دائمة داخل الدماغ البشري.

المعركة العلمية لم تنتهِ هنا، فالعلماء يقفون الآن أمام تحدٍ أخير لبناء شبكة كاملة.

العصبونات الصناعية وحدها لا تكفي؛ بل يجب ربطها معًا عبر 'نقاط اشتباك عصبي' صناعية، وهي المحطات الدقيقة التي تتبادل فيها الخلايا أوامرها.

يختتم هيرسام حديثه واصفًا خط المواجهة القادم: «المشكلة الحدودية الآن هي أن لدينا سلسلة من الأجهزة التي تحاكي عناصر مختلفة من الدماغ، ولكننا بحاجة إلى دمجها معًا في دوائر تحقق الوظيفة الكاملة».