يقترب العلماء من شيء قد لا يبدو غريبًا في فيلم خيال علمي: أطراف صناعية بيوتيكية يمكنها استشعار ونقل اللمس لمستخدميها.
في دراسة جديدة نُشرت هذا الأسبوع، قدم الباحثون نظام يد بيوتيكية يمكنه على ما يبدو إعادة إنتاج أكثر الأحاسيس اللمسية تعقيدًا التي شهدناها حتى الآن. طور العلماء في مجموعة أبحاث البيونيات القشرية جهاز واجهة الدماغ-الحاسوب (BCI) الجديد، الذي تم اختباره من قبل متطوعين يعانون من إصابات في الحبل الشوكي.
عبر سلسلة من التجارب، تمكن الباحثون من ترجمة ونقل الأحاسيس المرتبطة بالحركة والانحناء والاتجاه، مما سمح للمتطوعين بأداء مهام معقدة باستخدام أطرافهم البيوتيكية. يقول الباحثون إن جهازهم قد حقق الآن مستوى جديدًا من اللمس الاصطناعي.
شهدت تكنولوجيا الأطراف الصناعية والبيوتيكية بعض التقدمات الهامة في السنوات الأخيرة، ولكن هذه الأطراف لا تزال بعيدة عن تقليد الطبيعة المعقدة للاحساس البشري باللمس. بدأ بعض العلماء في استخدام التحفيز الدقيق داخل القشرة الدماغية (ICMS) لجسر هذه الفجوة، حيث أظهرت التجارب أن هذا التحفيز يمكن أن ينتج أحاسيس لمسية حيوية على جلد الأشخاص. ومع ذلك، وفقًا للباحث في الدراسة جيكامو فالي، كانت المحاولات المبكرة باستخدام ICMS تركز إلى حد كبير على إعادة إنتاج موقع الإحساس وشدته. ولكن هناك الكثير مما يدخل في الشعور بشيء ما يتجاوز هذين الجانبين فقط.
“بينما يعد موقع الاتصال والقوة مكونات تغذية راجعة حيوية، فإن إحساس اللمس أغنى بكثير من ذلك، حيث ينقل أيضًا معلومات حول الملمس، وخصائص المواد، والملامح المحلية، وحركة الأشياء عبر الجلد. بدون هذه الأحاسيس الغنية، سيبقى اللمس الاصطناعي فقيرًا للغاية”، قال فالي لموقع AljadidTech. في دراستهم الجديدة، التي نُشرت يوم الخميس في Science، يعتقد فالي وفريقه أنهم قد قطعوا خطوة حاسمة إلى الأمام مع ICMS.
قام الباحثون بتجنيد شخصين يعانيان من إصابات في الحبل الشوكي لتجاربهم. تم إعطاء المتطوعين أولاً زراعة دماغية في المناطق الحسية والحركية من الدماغ التي تتحكم في اليدين والذراعين. من خلال هذه الزرعات، سجل الباحثون ثم فككوا أنماط النشاط الكهربائي المختلفة التي أنتجها دماغ المتطوعين أثناء تفكيرهم في استخدام أطرافهم المشلولة. ثم تم ربط المتطوعين بجهاز BCI الذي عمل كطرف بيوتيكي. باستخدام أفكارهم فقط، تمكن المتطوعون من التحكم في الطرف، الذي تم تزويده بأجهزة استشعار تتواصل مع الزرعات الدماغية. بعد ذلك، تمكن الباحثون من ترجمة وإرسال أحاسيس أكثر تعقيدًا تتعلق باللمس عبر الطرف البيوتيكي إلى زرعات دماغ المتطوعين.
“في هذا العمل، ولأول مرة، تجاوزت الأبحاث أي شيء تم القيام به من قبل في مجال واجهات الدماغ-الحاسوب—لقد نقلنا أحاسيس لمسية مرتبطة بالاتجاه والانحناء والحركة والأشكال ثلاثية الأبعاد لمشارك يستخدم طرفًا بيوتيكيًا محكومًا بالدماغ”، قال فالي، الباحث في البيونيات بجامعة تشالمرز للتكنولوجيا. “وجدنا طريقة لكتابة هذه ‘الرسائل اللمسية’ عبر التحفيز الدقيق باستخدام الأقطاب الكهربائية الصغيرة في الدماغ، ووجدنا طريقة فريدة لترميز الأحاسيس المعقدة. وقد سمح ذلك بتغذية راجعة حسية أكثر حيوية وتجربة أثناء استخدام اليد البيوتيكية.”
لم يتمكن المتطوعون فقط من الشعور بأحاسيس متعددة الطبقات مثل لمس حافة جسم ما—كانت هذه الأحاسيس تبدو كما لو كانت تأتي من أيديهم الخاصة. كما أن الإدخال الإضافي بدا أنه يسهل على المتطوعين أداء مهام معقدة باستخدام الطرف البيوتيكي بدقة أكبر، مثل نقل جسم من مكان إلى آخر. وهذه الغنى، كما قال فالي، “هو أمر حاسم لتحقيق مستوى من البراعة، والمناورة، وتجربة لمسية ثلاثية الأبعاد نموذجية لليد البشرية.”
لا يزال الوقت مبكرًا، كما يشير الباحثون. سيكون هناك حاجة إلى أجهزة استشعار معقدة أكثر وتكنولوجيا روبوتية، مثل الجلد الاصطناعي، لالتقاط الأحاسيس التي يمكن للباحثين الآن ترميزها ونقلها إلى المستخدم، كما يقول فالي، وسيتطلب الأمر أيضًا زراعات دماغية متقدمة لزيادة مجموعة الأحاسيس التي يمكن تحفيزها. لكن فالي وفريقه متفائلون بأن مثل هذه التقدمات يمكن تحقيقها، وأن طرفًا بيوتيكيًا يشعر وكأنه إنسان هو أمر في حدود الممكن.
“على الرغم من وجود العديد من التحديات، فإن هذه الدراسة الأخيرة تقدم دليلًا على أن الطريق لاستعادة اللمس يصبح أكثر وضوحًا. مع كل مجموعة جديدة من النتائج، نقترب من مستقبل يصبح فيه الجزء الاصطناعي من الجسم ليس مجرد أداة وظيفية، بل وسيلة لتجربة العالم”، قال.
ستكون المرحلة التالية الفورية من أبحاث فالي وفريقه هي اختبار أنظمة BCI الخاصة بهم في بيئات أكثر طبيعية، مثل منازل المرضى. وهدفهم النهائي هو تحسين استقلالية وجودة حياة الأشخاص ذوي الإعاقة.
