ابتكار رقاقة إلكترونية تحاكي الخصائص الكهربائية للخلايا العصبية البيولوجية

يمكن استخدام الرقائق أيضًا لعلاج طيف واسع جداً من الامراض والإصابات، بدءاً من الضمور العصبي (أمراض مثل ألزهايمر) وصولاً إلى الأمراض المزمنة على غرار قصور القلب، على سبيل الذكر وليس الحصر.

ماذا قالت المشرفة على هذا المشروع؟

وفي هذا الشأن أفادت آلان نوغاريت، الفيزيائية الذي قادت المشروع: “أي منطقة تصاب بالأمراض التنكسية، كما هو الحال مع مرض الزهايمر، تتوقف فيها الخلايا العصبية عن العمل وإطلاق السيالات العصبية بشكل صحيح، إما بسبب العمر أم المرض أو الإصابة. وفي هذه الحالة بات بمقدرونا، من الناحية النظرية، استبدال الدارة الحيوية المتضررة  بأخرى صطناعية”.

بناء الخلايا العصبية الاصطناعية على رقاقات صغيرة

تم بناء الخلايا العصبية الاصطناعية على رقاقات صغيرة لا يتجاوز عرضها بضعة ملليمترات. إذ تتطلب هذه الأخيرة مقدارًا ضئيلًا جدًا من الطاقة. أما الأجهزة التي سيتم زرعها فمن المخطط أن تتكون من رقائق العصبونات الإلكترونية. ومن ثم يُصار إلى ربطه بالجهاز العصبي مباشرة، وذلك بغية اعتراض ومعالجة تلك الإشارات التي تمر عادة بين الدماغ والمنطقة المصابة.

الخلايا العصبية الإلكترونية تستقبل وترسل الإشارات الكهربائية 

يمكن للخلايا العصبية الإلكترونية إستقبال الإشارات الكهربائية من خلايا عصبية صحية وإرسال إشارات جديدة إلى الخلايا العصبية الأخرى أو الأعضاء والعضلات في أماكن أخرى من الجسم. على سبيل المثال، قد يعترض الجهاز المصنوع من هذه الرقائق إشارات قادمة من الدماغ، ويعالجها، ثم يرسلها إلى عضلات الساقين حتى يتمكن الشخص من المشي.

التعرف على كيفية استجابة الخلايا العصبية للمنبهات الكهربائية

قام الباحثون بنمذجة واستخلاص المعادلات لشرح كيفية استجابة الخلايا العصبية للمنبهات الكهربائية من الأعصاب الأخرى ومحاكاتها في برامج حاسوبية، وهو أمر في غاية التعقيد، ولقد كان حتى وقت قريب يشكل العقبة الاساسية امام الباحثين.

تصميم رقائق السيليكون التي تحوي قنوات الأيونات البيولوجية

وفي مرحلة لاحقة قام الباحثون بتصميم رقائق السيليكون التي تحوي قنوات الأيونات البيولوجية، وذلك قبل أن تثبت عصبوناتها السيليكونية التي تحاكي بدقة الخلايا العصبية الحية الحقيقية والتي تستجيب لمجموعة من المحفزات. إذ استنسخ الباحثون وبدقة بالغة مجموعة كاملة من الخلايا العصبية الخاصة بمنطقة الحصين في الدماغ والخلايا التنفسية من الفئران.

من جانبه، قال البروفيسور آلان نوغاريت من قسم الفيزياء في جامعة باث، والذي أشرف على المشروع: “حتى الآن كانت الخلايا العصبية مثل الصناديق السوداء، لكننا تمكنا من فتح الصندوق الأسود والنظر في الداخل. يتميز إبتكارنا هذا بأنه يمثل طريقة واضحة لإعادة إنتاج الخصائص الكهربائية للخلايا العصبية الحقيقية بتفاصيل دقيقة.على سبيل المثال، نقوم بتطوير أجهزة تنظيم ضربات القلب الذكية التي لن تحفز القلب على الضخ بمعدل ثابت فقط، بل الأمر يتعدى ذلك؛ إذ تستخدم هذه الخلايا العصبية للاستجابة في الوقت الحقيقي للطلبات التي تطرح على القلب. وهذا ما يحدث عادة بشكل طبيعي في القلب السليم. في حين يمكن تسخير التطبيقات الأخرى المتاحة في علاج حالات بعينها كمرض الزهايمر والأمراض التنكسية العصبية بوجه عام”.

وقال جوليان باتون، وهو مؤلف مشارك في الدراسة ويشغل مناصب عدة في جامعتي بريستول وأوكلاند: “إن الإمكانات لا حصر لها، ذلك لأنه تكون لدينا الآن الفهم الأساسي لعمل الوحدة الوظيفية للدماغ، ولربما يقود ذلك لتطبيقات عملية من شأنها تحسين عمل الذاكرة والتغلب على الشلل والتخفيف من حدة الأمراض التنكسية”.

معالجة شكل من أشكال قصور القلب

من المحتمل أن يتمحور تطبيقه الأول حول معالجة شكل من أشكال قصور القلب الذي ينشأ عادة عندما تتدهور دائرة عصبية بعينها (تقع في قاعدة الدماغ) بفعل المرض أم التقدم في العمر وتفقد القدرة على إرسال الإشارات اللازمة لجعل مضخة القلب تعمل بشكل صحيح ومنتظم.

هل تبحث عن المزيد من المعرفة والتسلية والإثارة في الوقت عينه؟ إذن عليك قراءة المواضيع التالية:

• البصل الأحمر…ذلك السلاح القوي الذي يقتل الخلايا السرطانية

• محمد بن راشد يطلق مشروع “دبي هاربور” الذي يعد أكبر مرفأ لليخوت في الشرق الأوسط وشمال أفريقيا

• أبرز التحديات التي ستواجه التطبيقات البرمجية في عام 2020

• رولز-رويس تكشف عن أسرع طائرة كهربائية على مستوى العالم

• مئات الآلاف من البكتيريا تقتحم منازلكم كل يوم…تعرفوا عليها