أقل من ملم واحد، رقاقة ذكية صغيرة للدماغ بين خصلات الشعر.

قد يكون علم الدماغ مُعقدًا، حتى في حال عدم فتح جمجمة أحد. تقرأ تقنية تخطيط كهربية الدماغ (EEG) غير الجراحية الشائعة النشاط الكهربائي للدماغ من خلال فروة الرأس. تتضمن العديد من إعدادات تخطيط كهربية الدماغ هلامًا موصلًا ومجموعة متشابكة من الأقطاب الكهربائية والأسلاك التي تُساهم في تشويش البيانات، مما يُنتج ما يُسمى بتشويشات الحركة عند تحريك الشخص لرأسه.

أطلق فريق بحثي من معهد جورجيا للتكنولوجيا وعدة جامعات في كوريا حلاً نظيفًا: قطب كهربائي صغير، عرضه أقل من مليمتر واحد، يُمكن ضغطه في فروة الرأس بين بصيلات الشعر. يُثبّت الجهاز في مكانه بواسطة خمس مسامير موصلة صغيرة، أو إبر دقيقة، وهي طويلة بما يكفي لاختراق الطبقة الخارجية من الجلد، والتي تتكون في الغالب من الزيوت وخلايا الجلد الميتة. وصف الباحثون جهازهم وبعض العروض التوضيحية لأدائه في ورقة بحثية نُشرت هذا الأسبوع في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

يتميز الحجم والكتلة الصغيران بميزة إضافية تتمثل في تقليل تشوهات الحركة. يمكن توصيل أسلاك الأقطاب الكهربائية بجهاز إرسال لاسلكي صغير، مما يقلل بشكل أكبر من الحجم والمضاعفات المحتملة الناجمة عن الأسلاك الإضافية. استعرض الباحثون المستشعر كجزء من واجهة الدماغ والحاسوب (BCI): حيث يتحكم المستخدمون في مكالمة فيديو عبر سماعة رأس الواقع المعزز أثناء المشي أو الركض على جهاز المشي وصعود ونزول السلالم. في الاختبار، أظهر الجهاز أداءً جيدًا بعد 12 ساعة من وضعه على فروة الرأس، وهي مدة أطول بكثير من الأجهزة التقليدية التي قورن بها.

تطبيقات القطب الكهربائي الجديد

تقول جين هوجينز، وهي مهندسة في جامعة ميشيغان لم تشارك في البحث الجديد: "إنها خطوة أولى مثيرة للاهتمام". تدرس جين استخدام واجهات الدماغ والحاسوب للأشخاص الذين يعانون من إعاقات جسدية مثل الشلل الدماغي، والتي قد تسبب حركة لا إرادية. يقول هوغينز إن الأقطاب الكهربائية الجديدة قد تُصبح يومًا ما خيارًا جيدًا كجهاز اتصال لهؤلاء المرضى، إذا استجابت جيدًا للمشاكل العملية، مثل اختلاف أنواع الشعر، والتعرق، ومساند الرأس، والضوضاء الكهربائية الصادرة عن الأجهزة الأخرى.

يؤكد مطورو المستشعرات على تعدد استخدامات هذه التقنية، مع تطبيقات تشمل دراسات النوم ومراقبة الصحة. يقول المؤلف المشارك هونغ يو، وهو مهندس في معهد جورجيا للتكنولوجيا: "عندما يحتاج [الأطباء أو الباحثون] إلى فحص أي إشارة دماغية، يمكنهم توصيل جهازنا". ويضيف: "إنه سهل الاستخدام، وقابل للارتداء، ولاسلكي". يعمل يو منذ سنوات على جعل أجهزة تخطيط كهربية الدماغ أكثر قابلية للحمل وسهولة في الاستخدام في الحياة اليومية.

حاليًا، للتعامل مع آثار الحركة، قد يُعلق الأطباء أقطابًا كهربائية أكثر مما هو مطلوب تمامًا لتوفير الطاقة، مما قد يكون غير مريح ويستغرق وقتًا طويلاً. وقد بحث باحثون آخرون في طرق مختلفة لإزالة الضوضاء، بما في ذلك الطرق الحسابية. وأشارت دراسة أجريت عام 2024 إلى أن توصيل الكابلات وتغيير ملامسة الجلد كانا مسؤولين عن العديد من آثار الحركة.

كيف صُمم القطب الكهربائي وصُنع؟

صُمم القطب الكهربائي الجديد جزئيًا للتحكم في التكاليف. على سبيل المثال، بناءً على خصائص المادة وحدها، كان الذهب خيارًا جيدًا لطلاء الإبر الدقيقة، إلا أن تكلفة الذهب باهظة للغاية مقارنةً بطبقة البوليمر في التصميم الحالي.

يقول بوريس ستويبر، المهندس في جامعة كولومبيا البريطانية، والذي لم يشارك في البحث، إن المستشعر الجديد "مزيج مثير للاهتمام من تقنيات مختلفة".

تشمل خطوات التصنيع ملء قالب إبرة دقيقة تحت التفريغ براتنج مركب يُستخدم في طب الأسنان، ومعالجة المستشعر بالأشعة فوق البنفسجية، وقطعه بالليزر على شكل صليب. ثم تُغطى الإبر الدقيقة ببوليمر عالي التوصيل وتُعالج حرارياً. يُقطع سلك توصيل مزدوج الطبقة بالليزر من رقاقة نحاسية وغشاء بوليميد ليتخذ شكلاً منحنياً يصفه الباحثون بأنه "أفعواني".

يقول ستويبر، الذي يتمتع بخبرة 25 عاماً في تصميم وتصنيع الإبر الدقيقة، والتي تُستخدم غالباً لتوصيل الأدوية، إن معظم هذه العمليات تبدو قابلة للتطوير. ومع ذلك، فإن عملية طلاء البوليمر الموصل تبدو غير تقليدية، على حد قوله.

شملت هذه الدراسة الأولية ستة مشاركين فقط، وما زال هناك الكثير لنتعلمه حول السلامة والفعالية والوظائف: على سبيل المثال، يجب على الباحثين دراسة أداء الجهاز للأشخاص ذوي خصائص شعر مختلفة أو حساسية تجاه الإبر الدقيقة. وقد تكون هناك عقبات عملية أمام بعض التطبيقات. على سبيل المثال، إذا تم وضع المستشعر على مؤخرة الرأس، كما هو الحال في اختبارات واجهة الدماغ والحاسوب (BCI) الموصوفة في البحث، يلزم وجود شخص آخر لضمان تثبيت الجهاز بشكل صحيح على فروة الرأس.

يقول يو، الذي يعمل على التسويق التجاري: "علينا تحديد السوق والتطبيقات بدقة". وهو منفتح على الاقتراحات، لأنه "يمكن أن يكون مفيدًا للعديد من التطبيقات التي لم أفكر فيها من قبل".