مرحبًا بكم في خدمات البحث والاستراتيجية في عالم اليوم سريع الخطى.
عامًا بعد عام، أصبحت وتيرة اكتشافات علم الأعصاب مثيرة ولا هوادة فيها. من الأدمغة الصغيرة المزروعة في المختبر، إلى الذكاء الاصطناعي الذي يكشف الأسرار التطورية للدماغ البشري، استمتع بهذه الاكتشافات السبعة الأكثر روعة لعام 2021.
نجح فريق بحث في جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو في تطوير طريقة تستخدم التحفيز العميق للدماغ (DBS) لعلاج أعراض الاكتئاب بشكل تكيفي فقط عند ظهورها. يتضمن التحفيز العميق للدماغ زرع أقطاب كهربائية داخل الدماغ لتوصيل التيارات الكهربائية لتغيير نشاط الدماغ.
حققت الدراسات السابقة نجاحًا محدودًا في علاج الاكتئاب باستخدام تقنية التحفيز العميق للدماغ (DBS)، لأن الأجهزة لا يمكنها تقديم سوى تحفيز كهربائي مستمر في منطقة واحدة من الدماغ. ومع ذلك، يمكن أن يؤثر الاكتئاب على مناطق مختلفة من الدماغ، ويمكن أن ترتفع وتنخفض التوقيعات العصبية للاكتئاب بشكل غير متوقع.
بهدف إنشاء جهاز تنظيم ضربات القلب للدماغ، قام العلماء بفك تشفير علامة حيوية عصبية جديدة. هذا النمط المحدد من نشاط الدماغ يتنبأ بشكل فعال ببداية الأعراض. ومن خلال هذه المعرفة، قام الفريق بتخصيص تقنية DBS جديدة يتم تنشيطها فقط عندما وأين تتعرف على هذا النمط.
إن نوع العلاج التلقائي عند الطلب مثير للإعجاب لأن استجاباته الوظيفية فريدة لكل من دماغ المريض والدائرة العصبية المسببة للمرض. في تجربتها الأولى، تم اختبار طريقة DBS المخصصة هذه على مريض يعاني من اكتئاب حاد وتم اجتيازها بنجاح. وعلى الفور تقريبًا، خفت أعراض المريض، واستمر هذا الحال على المدى الطويل.
في عصر فيروس كورونا، حيث تنتشر مشاكل القلق والصحة العقلية، يمكن أن يثبت هذا النهج علاجًا لا يقدر بثمن بدون أدوية لمئات الملايين من الأشخاص.
وكما هو الحال مع موجات الضوء، لا يستطيع البشر إلا إدراك طيف صغير نسبيًا من الموجات الصوتية التي تنتقل حولنا. عادة يمكننا التقاط فقط على الترددات بين 20 هرتز و 20000 هرتز، وبعد ذلك يعتبر بالموجات فوق الصوتية. هذا هو النطاق الترددي الذي تعمل فيه الحيوانات مثل الخفافيش، وأيضًا ما يتم استخدامه في عمليات الفحص الطبي بالموجات فوق الصوتية.
ابتكر علماء في جامعة آلتو طريقة جديدة تستخدم تكنولوجيا متطورة، وأدت إلى جهاز يمنح البشر سمعًا بمستوى الخفافيش . ولا يشمل ذلك فقط القدرة على سماع الترددات التي تتجاوز 20000 هرتز، ولكن أيضًا تمييز اتجاه ومسافة مصادر الصوت. بالنسبة لعلماء الأحياء على سبيل المثال، فهو يسمح للناس بتتبع الخفافيش الخفية أثناء الطيران، وتحديد مواقعها.
وهو يعمل عن طريق تسجيل الموجات فوق الصوتية عبر مجموعة ميكروفون كروية، والتي تكتشف الأصوات فوق الصوتية وتستخدم جهاز كمبيوتر لترجمة طبقة الصوت إلى ترددات مسموعة. ثم يقوم بتشغيل الموجات الصوتية المحولة من خلال سماعات الرأس في الوقت الفعلي. إن القدرة على إدراك الأصوات غير المسموعة عادة يمكن أن يكون لها تطبيقات صناعية قيمة، على سبيل المثال القدرة على سماع وتحديد موقع تسرب الغاز الصامت.
على الرغم من أن علم الأعصاب هو مجال علمي حديث نسبياً وسريع النمو، إلا أن الذكاء الاصطناعي (AI) أحدث بكثير وينمو بشكل أسرع. كشف الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عن إمكانية الجمع بين هذين المجالين من العلوم .
وباستخدام التعلم الآلي، اكتشفوا أن الشبكات العصبية الاصطناعية يمكنها أن تتعلم ذاتيًا كيفية الشم في دقائق معدودة، ومحاكاة الدوائر الشمية في أدمغة الثدييات. وهذا أمر عميق لأن الخوارزمية التي تم تطبيقها لم تكن لديها معرفة بملايين السنين من التطور المطلوب لتطوير الرائحة بيولوجيًا.
ومع ذلك، فمن المثير للدهشة أن الشبكة العصبية الاصطناعية قامت بتكرار النشاط البيولوجي للرائحة بشكل وثيق لدرجة أنها كشفت عن أن الشبكة الشمية في الدماغ تم تحسينها رياضيًا لتؤدي وظيفتها.
إن هذا المحاكاة الدقيقة للبنية الطبيعية للدوائر في الدماغ من خلال التعلم الآلي المستقل قد يبشر بعصر جديد، حيث يعلمنا الذكاء الاصطناعي الأسرار الداخلية للتطور البيولوجي. حاسة الشم هي نقطة البداية في عام 2021، ولكن من يدري إلى أين يمكن أن يؤدي ذلك...
طور الباحثون في جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو نوعًا جديدًا من الأطراف الاصطناعية العصبية للمرضى الذين يعانون من الشلل الذي يمنعهم من التحدث. وقد تم تجربة هذه الطريقة بنجاح على رجل يعاني من تلف شديد في جذع الدماغ، مما تسبب في شلل الجسم بالكامل.
إنه يعمل بشكل ملحوظ إلى حد ما من خلال اكتشاف إشارات الدماغ المرتبطة بالكلام والتي تتحكم في الحبال الصوتية. عندما نتحدث، تتطلب الحبال الصوتية تعليمات وظيفية حركية معقدة من أجل التعبير عن مجموعة واسعة من الأصوات التي نستخدمها عند التحدث. وحتى عند عدم القدرة على الحركة، لا يزال من الممكن إرسال هذه الإشارات من الدماغ.
وباستخدام تسجيلات الدماغ لمرضى الصرع، طور العلماء طريقة لفك تشفير التعليمات الموجهة إلى العضلات الصوتية في الوقت الحقيقي، وتحويلها إلى كلمات. ومن خلال هذه الأنماط العصبية، تمكنوا من تمييز 50 كلمة شائعة مختلفة بشكل موثوق كلما كان المريض يفكر فيها.
كل ما كان مطلوبًا هو أن يرتدي المريض مجموعة أقطاب كهربائية عالية الكثافة لالتقاط وتسجيل النشاط العصبي، الذي يسجل الإشارات من القشرة الحركية للكلام. وقد أتاح ذلك ترجمة ما يصل إلى 18 كلمة في الدقيقة بدقة تصل إلى 93%. كانت الميزة بالنسبة للمريض هي أنه كان عليه ببساطة أن يتصرف كما لو كان يتحدث بالفعل، وكان بإمكانه توصيل مئات الجمل المختلفة من مفردات الكلمات الخمسين.
وعلى الرغم من أن هذا الإنجاز يبدو مقتصرًا على المرضى المصابين بالشلل، إلا أننا نتعرض للشلل كل ليلة عندما نحلم (ما لم نكن نمشي أثناء النوم). إذا تم تطوير هذا النهج بما فيه الكفاية، فيمكنه، على سبيل المثال، أن يمهد الطريق لترجمة أفكارنا أثناء النوم!
من الناحية الفنية، يمكن زراعة أدمغة صغيرة، يطلق عليها اسم "عضيات الدماغ"، من الخلايا الجذعية المحفزة . يمكن أخذ هذه الخلايا الجذعية من جلد الشخص أو دمه، ومن الممكن أن تتحول إلى أي نوع من الخلايا. والفائدة هي أن هياكل الخلايا التي يصعب الوصول إليها عادةً، يمكن من حيث المبدأ زراعتها وعزلها للدراسة. وهذا مهم بشكل خاص للدماغ، ولكن الأدمغة الصغيرة السابقة كانت لها هياكل وظيفية محدودة.
الإنجاز الذي حققه العلماء في جامعة كاليفورنيا هذا العام إلى زيادة التعقيد الهيكلي من خلال تنمية مجاميع من الكائنات العضوية لتشكيل هياكل دماغية معقدة ثلاثية الأبعاد. أخذ الباحثون خلايا جذعية من مرضى يعانون من متلازمة ريت (حالة تصاحبها نوبات)، وتمكنوا من تنمية أدمغة صغيرة ذات نشاط وظيفي مماثل لأجزاء من أدمغة الإنسان. وهذا يعني أنهم كانوا قادرين على مراقبة أنماط النشاط الكهربائي التي تشبه بداية النوبات بأمان ونجاح.
يُظهر هذا البحث لأول مرة أنه يمكن عزل بعض جوانب وظائف المخ ودراستها في المختبر وصولاً إلى مستوى الخلايا الحية الفردية. والميزة الرئيسية هي أن هذه الأدمغة الصغيرة يمكن زراعتها لتكرار جوانب وظائف المخ الطبيعية والمريضة، وكذلك لاختبار الأدوية والعلاجات دون أي مخاطر على الإنسان أو الحيوان.
إن حجم الدماغ البشري هائل، لذلك لا تزال هناك قيود واضحة من حيث مدى تعقيد هياكل الدماغ التي يمكن دراستها، ولكن من الواضح أن هذا المجال الناشئ في علم الأعصاب يتمتع بإمكانات تشبه الخيال العلمي.
مع النمو المتسارع في نمو القدرة الحاسوبية في العقود الأخيرة، أصبحت الرقائق الدقيقة أصغر حجمًا بشكل متزايد كل عام. يركزون على التكنولوجيا في جامعة براون بتطوير جهاز كمبيوتر لاسلكي صغير جدًا بحيث يمكن بسهولة أن تفوته العين البشرية. وقد تم تطويرها، التي يطلق عليها اسم "الحبوب العصبية" - لأن حجمها يقارب حجم حبة الملح - لتتبع ومراقبة نشاط الدماغ.
هذه الحواسيب الصغيرة جدًا قادرة على تسجيل النشاط الكهربائي من الخلايا العصبية القريبة، ونقل بياناتها لاسلكيًا. كان الهدف هو تطوير نوع جديد من نظام واجهة الدماغ والحاسوب (BCI)، حيث يمكن لشبكة من أجهزة الاستشعار الصغيرة أن تتتبع بشكل جماعي الجوانب المهمة لنشاط الدماغ، وترسل المعلومات إلى مركز قريب.
وفي تجربة لإثبات المفهوم، نشر الباحثون شبكة لتسجيل النشاط العصبي للقوارض بنجاح بدقة أكبر بكثير من أي وقت مضى. هذا التسجيل لإشارات الدماغ بتفاصيل غير مسبوقة لا يزال في مراحله المبكرة، لكن التقدم التكنولوجي يحمل الكثير من الأمل للقدرة على تحويل موجات الدماغ إلى إجراءات مفيدة في العالم الحقيقي دون أي جهد بدني.
تم هذا العام استخدام نوع جديد من مصفوفة الأقطاب الكهربائية الدقيقة علماء جامعة يوتا في مركز جون أ. موران للعيون ببناء الجهاز لتسجيل وتحفيز نشاط الخلايا العصبية داخل القشرة البصرية.
يتلقى المصفوفة المزروعة داخل العين معلومات بصرية من خلال نظارات تحتوي على كاميرا فيديو صغيرة، وتتم معالجة البيانات بواسطة برامج متخصصة. يقوم الجهاز بعد ذلك بتنشيط الخلايا العصبية في شبكية العين لإنتاج الفوسفينات، كما لو أنها تتلقى نقاط ضوء. وهذا بدوره يسمح للعقل بإدراك الصور الأساسية للخطوط والأشكال.
وقد أثبتت هذه الطريقة، التي تمت تجربتها على مريض أعمى تمامًا، فعاليتها، ولم تتضمن أي مضاعفات من الجراحة أو تحفيز الخلايا العصبية. في هذا الاختبار الأول، تم استخدام مصفوفة واحدة فقط. ومع ذلك، فإن الهدف التالي هو استخدام 7 إلى 10 مصفوفات لتقديم صور أكثر تفصيلاً تسمح للمكفوفين بالتنقل فعليًا في العالم بصريًا.
تم تطبيق فئة جديدة من "الجزيئات الراقصة" من قبل الباحثين في جامعة نورث وسترن لإصلاح الأنسجة في إصابات الحبل الشوكي الشديدة وعكس الشلل بنجاح . يتضمن الجزء الراقص التلاعب بحركة هذه الجزيئات بحيث يمكنها أن تشق طريقها إلى المستقبلات الخلوية التي يستحيل عادةً الوصول إليها، وذلك لحثها على البدء في إصلاح الأنسجة العصبية.
تعمل هذه الجزيئات التي تبدو سحرية عن طريق إطلاق إشارات متتالية، مما يؤدي إلى تجديد المحاور العصبية ومساعدة الخلايا العصبية على البقاء بعد الإصابة عن طريق تشجيع ولادة مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا الجديدة. وهذا بدوره يدعم إعادة نمو الأوعية الدموية المفقودة اللازمة للشفاء الخلوي.
تم اختباره على الفئران، حيث أدت حقنة واحدة فقط من العلاج الجزيئي إلى تمكين الفئران المشلولة من المشي مرة أخرى في أقل من أربعة أسابيع. بشكل ملائم إلى حد ما، بعد 12 أسبوعًا (بعد اكتمال التعافي بفترة طويلة)، تتحلل المواد بيولوجيًا إلى مغذيات للخلايا دون أي آثار جانبية، وتختفي بشكل فعال من الجسم بشكل طبيعي.
تم استخدام الواقع الافتراضي (VR) من قبل علماء الفيزياء النفسية لعقود من الزمن للتحقيق في كيفية إدراكنا للمعلومات الحسية. قام باحثون من جامعة بازل، أقدم جامعة في سويسرا، هذا العام بتطوير تطبيق واقع افتراضي لعلاج رهاب المرتفعات .
والذي يُطلق عليه اسم Easyheights ، علاجًا بالتعرض باستخدام صور بزاوية 360 درجة لمواقع حقيقية. يرتدي المستخدمون سماعة رأس للواقع الافتراضي، ويقفون على منصة تبدأ بمتر واحد فوق سطح الأرض، ثم ترتفع تدريجيًا مع تأقلم المستخدمين مع كل مرحلة من الارتفاع. وهو يعمل عن طريق زيادة التعرض الحسي للارتفاع دون زيادة مستوى الخوف.
أثبتت تجربة سريرية فعالية هذا الشكل الغامر من العلاج، مما أدى إلى انخفاض كبير في الرهاب في المواقف ذات الارتفاع الحقيقي. وقد تم تجربة الفوائد من خلال أربع ساعات فقط من التدريب المنزلي. يوضح هذا الاكتشاف كيف يمكن للجمع بين معرفة علم الأعصاب وتقنيات اليوم أن يحسن نوعية حياة الناس سريريًا بطرق يمكن الوصول إليها بسهولة.
مرحبًا بكم في خدمات البحث والاستراتيجية في عالم اليوم سريع الخطى.
فيما يلي بعض النتائج الرائعة التي توصل إليها علم الأعصاب حول الدماغ البشري والتي قد لا تعرفها.
أدى التنوع في مناهج أبحاث NeuroTracker إلى بعض الأفكار الرائعة حول كيفية تأثير الدماغ على الأداء البشري والعافية
احصل على نظرة عامة على الاختبارات المصممة لفك تشفير كيفية عمل المادة الرمادية لديك.
NeuroTrackerX هو برنامج تدريب معرفي مصمم لتقييم وتحسين الأداء العقلي.
