يقترب العلماء من شيء لا يبدو غريبًا في فيلم خيال علمي: الأطراف الإلكترونية التي يمكنها الإحساس ونقل اللمس إلى مستخدميها.
في دراسة جديدة نشرت هذا الأسبوع، أطلق الباحثون لأول مرة نظامًا إلكترونيًا لليد يمكنه إعادة إنتاج أحاسيس اللمس الأكثر تعقيدًا التي شوهدت حتى الآن. قام العلماء في مجموعة أبحاث Cortical Bionics بتطوير جهاز جديد لواجهة الدماغ والحاسوب (BCI)، والذي تم اختباره من قبل متطوعين يعانون من إصابات في النخاع الشوكي.
ومن خلال سلسلة من التجارب، تمكن الباحثون من ترجمة ونقل الأحاسيس المرتبطة بالحركة والانحناء والاتجاه، مما سمح للمتطوعين بأداء مهام معقدة باستخدام أطرافهم الإلكترونية. ويقول الباحثون إن أجهزتهم قد حققت الآن مستوى جديدًا من اللمس الاصطناعي.
لقد كانت هناك بعض التطورات الهامة في تكنولوجيا الأطراف الاصطناعية والأطراف الإلكترونية في السنوات الأخيرة، ولكن هذه الأطراف لا تزال حاليًا بعيدة كل البعد عن التقريب الكامل للطبيعة المعقدة للمس البشري. وقد بدأ بعض العلماء في استخدام التحفيز الدقيق داخل القشرة (ICMS) للقشرة الحسية الجسدية للدماغ لسد هذه الفجوة، حيث أظهرت التجارب أن مثل هذا التحفيز يمكن أن ينتج أحاسيس لمسية حية على جلد الناس. وفقا لباحث الدراسة جياكومو فالي، فإن المحاولات المبكرة مع ICMS ركزت إلى حد كبير على إعادة إنتاج موقع الإحساس وكثافته. ولكن هناك الكثير مما يتعلق بالشعور بشيء أكثر من مجرد هذين الجانبين.
“في حين أن موقع الاتصال والقوة هما عنصران مهمان في ردود الفعل، فإن حاسة اللمس أغنى بكثير من ذلك، حيث تنقل أيضًا معلومات حول الملمس، وخصائص المواد، والخطوط المحلية، وحول حركة الأشياء عبر الجلد. وبدون هذه الأحاسيس الغنية، ستظل اللمسة الاصطناعية فقيرة للغاية. وفي دراستهم الجديدة التي نشرت يوم الخميس في علومويعتقد فالي وفريقه أنهم قطعوا خطوة حاسمة إلى الأمام مع ICMS.
قام الباحثون بتجنيد شخصين مصابين بإصابات في النخاع الشوكي لإجراء تجاربهم. أُعطي المتطوعين في البداية زرعات دماغية في المناطق الحسية والحركية في الدماغ التي تتحكم في اليدين والذراعين. ومن خلال هذه الغرسات، سجل الباحثون ثم فكوا رموز الأنماط المختلفة للنشاط الكهربائي التي تنتجها أدمغة المتطوعين أثناء تفكيرهم في استخدام أطرافهم المشلولة. تم بعد ذلك توصيل المتطوعين بجهاز BCI الذي كان بمثابة طرف إلكتروني. ومن خلال أفكارهم وحدها، تمكن المتطوعون من التحكم في الطرف المجهز بأجهزة استشعار تتواصل مع المزروعات في الدماغ. تمكن الباحثون بعد ذلك من ترجمة وإرسال أحاسيس أكثر تعقيدًا تتعلق باللمس من خلال الطرف الإلكتروني إلى غرسات دماغ المتطوعين.
“في هذا العمل، ولأول مرة، ذهب البحث إلى ما هو أبعد من أي شيء تم إجراؤه من قبل في مجال واجهات الدماغ والحاسوب – حيث قمنا بنقل الأحاسيس اللمسية المتعلقة بالاتجاه والانحناء والحركة والأشكال ثلاثية الأبعاد لمشارك باستخدام جهاز دماغي. وقال فالي، الباحث في مجال الإلكترونيات الإلكترونية في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا: “أطرافنا الإلكترونية يتم التحكم فيها”. “لقد وجدنا طريقة لكتابة هذه “الرسائل اللمسية” عبر التحفيز الدقيق باستخدام الأقطاب الكهربائية الصغيرة في الدماغ، ووجدنا طريقة فريدة لتشفير الأحاسيس المعقدة. وقد أتاح ذلك الحصول على ردود فعل حسية وتجربة أكثر حيوية أثناء استخدام اليد الإلكترونية.
لم يتمكن المتطوعون من الشعور بأحاسيس متعددة الطبقات فحسب، مثل لمس حافة جسم ما—شعرت هذه الأحاسيس كما لو أنها جاءت من أيديهم. يبدو أيضًا أن المدخلات المضافة تسهل على المتطوعين أداء المهام المعقدة باستخدام الطرف الإلكتروني بشكل أكثر دقة، مثل نقل جسم من مكان إلى آخر. وقال فالي إن هذا الثراء “أمر بالغ الأهمية لتحقيق مستوى البراعة والتلاعب وتجربة اللمس عالية الأبعاد النموذجية لليد البشرية”.
ويشير الباحثون إلى أن هذه لا تزال في الأيام الأولى. ستكون هناك حاجة إلى أجهزة استشعار وتكنولوجيا روبوتية أكثر تعقيدًا، مثل الجلد الاصطناعي، لالتقاط الأحاسيس التي يمكن للباحثين الآن تشفيرها ونقلها إلى المستخدم، كما يقول فالي، وستكون هناك حاجة أيضًا إلى عمليات زرع دماغ أكثر تقدمًا لزيادة مجموعة الأحاسيس التي يمكن للباحثين الآن تشفيرها ونقلها إلى المستخدم. يمكن تحفيزها. لكن فالي وفريقه يأملون في إمكانية تحقيق مثل هذا التقدم، وأن يكون الطرف الإلكتروني الذي يشعر الإنسان حقًا في نطاق الإمكانية.
“على الرغم من وجود العديد من التحديات، إلا أن هذه الدراسة الأخيرة تقدم دليلاً على أن الطريق إلى استعادة اللمس أصبح أكثر وضوحًا. ومع كل مجموعة جديدة من النتائج، نقترب من مستقبل لا يكون فيه جزء الجسم الاصطناعي مجرد أداة وظيفية، بل وسيلة لتجربة العالم.
ستكون المرحلة التالية المباشرة من أبحاث فالي وفريقه هي اختبار أنظمة BCI الخاصة بهم في أماكن أكثر طبيعية، مثل منازل المرضى. وهدفهم النهائي هو تحسين استقلالية ونوعية حياة الأشخاص ذوي الإعاقة.