تطوير ألياف تبلغ ثخانتها 200 ميكرومتر وتحاكي مرونة أنسجة الدماغ

جهاز واحد لنقل كافة الإشارات

يتم إجراء العديد من دراسات وظائف الدماغ باستخدام الزرعات التي تقوم بتسجيل أو تقديم الإشارات الكهربائية أو الكيميائية أو الضوئية. ومن الواضح أنه تم إحراز تقدم كبير في هذه الزرعات، إذ أصبح لدينا الآن خرائط للدماغ البشري والمناطق المختصة بالقيام بوظائف محددة. كما شكّل التطوّر البصري الوراثي للأنظمة العصبية إنجازاً كبيراً على وجه الخصوص. ولكن بقدر ما نعرف عن الدماغ، لا يزال هناك الكثير الذي علينا استكشافه. وهنا جاءت الدراسة التي نشرت الأسبوع الماضي في مجلة نيتشر نيوروساينس.

انقر هنا لاستعراض ملف المعلومات الرسومي بالكامل

كثيراً ما تعتمد أبحاث الدماغ على الأجهزة التي تعالج الإشارات الكهربائية أو الكيميائية أو الضوئية بشكل منفصل. وكان الجمع بين هذه الإشارات في العادة يعتمد على الاحتمالات إلى حدّ ما، وفقاً لبولينا أنيكيفا، وهي باحثة من بين أكثر من عشرة باحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وغيرها من المشاركين في الدراسة. وتقول أنيكيفا: "لقد فكرنا أنه أليس من الرائع لو كان لدينا جهاز يمكنه القيام بكل ذلك؟".

وكان هناك بالنتيجة جهاز بصري وراثي يستخدم الألياف التي تبلغ ثخانتها 2000 ميكرومتر تقريباً، والذي تم تصميمه لمحاكاة مرونة أنسجة الدماغ. وتم صنع هذه الألياف متعددة الوظائف باستخدام تقنية وصفها الباحث بنجامين غرينا بأنها مماثلة لتلك التي تستخدم لصنع حلوى نابليون: ميل فاي. حيث تمت إضافة رقائق الجرافيت إلى البولي إثيلين الناقل، والذي تم ضغطه بعد ذلك. وأضيفت طبقة رقيقة أخرى من الرقائق، ثم تم ضغط البولي إثيلين مرة أخرى، وهكذا حتى تم إنشاء طبقات متعددة. وزادت هذه الطريقة ناقلية البوليمرات بمعدل أربع أو خمس مرات.

ووفقا للكاتب الرئيسي للدراسة سونجون بارك: "سمح لنا ذلك بتقليل حجم الأقطاب الكهربائية بنفس المقدار." ولأن هذه الألياف صغيرة جداً، فيمكنها أن تبقى في الدماغ لفترة أطول. ووفقاً للفريق، فإن الخطوة التالية هي إنقاص عرض الألياف بشكل أكبر لتحاكي خصائص الأنسجة العصبية بصورة أفضل. ويقول بارك: "إن التحدي الهندسي القادم هو استخدام مواد أكثر ليونة، لتلائم بالفعل أنسجة الدماغ المجاورة".

أقرب إلى الأنسجة العصبية

وفي إحدى التجارب التي أجريت على الفئران، تمكّن الباحثون من حقن النواقل الفيروسية التي تدعى بالأوبسينات من خلال قنوات سائلة في الألياف. وتم عن طريق ذلك نقل الجينات التي جعلت الخلايا العصبية حساسة للضوء. وبعد انتظار الأوبسينات لتأخذ مفعولها، أرسل الباحثون نبضة من الضوء من خلال الدليل الموجي البصري. بعد ذلك تم تسجيل النشاط العصبي الناتج باستخدام ستة أقطاب كهربائية مصنوعة من نفس الألياف لتحديد ردود الفعل الخاصة.

وكان على الباحثين في السابق استخدام عدة أجهزة منفصلة - أي إبر للحقن وألياف بصرية لإيصال الضوء وأقطاب متعددة للتسجيل - لإجراء نفس التجربة.

حقوق الصورة: Pixabay

وكما أشار جون روجرز - وهو أستاذ في جامعة نورث وسترن والذي لم يكن جزءاً من البحث- في حديثه لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "أفاد الباحثون عن بعض القدرات والتصاميم المتطورة بشكل لافت في أجهزة الألياف متعددة الوظائف، حيث قاموا بإنشاء إحدى المنصات للتعبير المتزامن والتسجيل والإضاءة في الدراسات البصرية الوراثية لوظائف الدماغ. ويعدّ هذا النوع من التقدم في التقنيات والأدوات ضرورياً لإحراز تقدم في مجال أبحاث العلوم العصبية".

لا شك بأن هذه الألياف متعددة الوظائف من شأنها أن تحدث ثورة في الأبحاث المستمرة لمهام الدماغ. ولأنها صغيرة جداً، تقول أنيكيفا: "قد نستخدم العديد منها لمراقبة مختلف مناطق النشاط." وفي نهاية المطاف، يمكن لهذه الألياف أن تساعد الباحثين على فهم الدماغ بشكل أفضل وتطوير خطط محسنة لعلاج الاضطرابات العصبية، بل وحتى تحسين الأنظمة التي تصل الدماغ بالكمبيوتر (BCI)، والتي تستخدم حالياً لفعل كل شيء، بدءاً من مساعدة المصابين بالشلل على المشي مرة أخرى إلى مساعدة المصابين بالعمى على استعادة بصرهم.