عقل في حركة(^*)
إن فكرة أن الأشخاص المشلولين قد يتمكنون يوما من الأيام من التحكم في أطرافهم بمجرد التفكير، لم تعد خيالا هوليوديّ الطراز.

<.L .A .M نيكولليس>


إن
بلايين المشاهدين في جميع أنحاء العالم قد يتذكرون مباراة افتتاح كأس
العالم عام 2014 في البرازيل, لأكثر من مجرد عدد الأهداف التي سجلها
المنتخب الوطني البرازيلي وعدد البطاقات الحمراء المعطاة للفريق الخصم.
ففي ذلك اليوم، كان مختبري في جامعة Duke - المتخصص بتطوير التقنيات
التي تسمح للإشارات الكهربائية المنبعثة من الدماغ بأن تتحكم في أطراف
إنسالة(¹) - يخطط لتسجيل مَعْلَم(²) في التغلب على الشلل.



فإذا
نجحنا في مواجهة التحديات التي لا تزال هائلة، فقد تكون أول ركلة
احتفالية في مباراة كأس العالم من يافع مشلول، محاط بفريقي كرة القدم
المتباريين، يمشي الهوينى على أرض الملعب مرتديا بدلة إنسالية robotic.
وهذه البدلة - أو الهيكل الخارجي(⁴) كما نسميها - سوف
تُغلِّف ساقي هذا اليافع. وسيتحكم في خطواته الأولى، إشاراتٌ حركية
منشؤها دماغه والمنقولة لاسلكيا إلى وحدة حاسوبية بحجم حاسوب محمول
موضوعة في حقيبة يحملها هذا اليافع على ظهره. وسيكون هذا الحاسوب
مسؤولا عن ترجمة إشارات الدماغ الكهربائية إلى أوامر حركية رقمية، بحيث
يستطيع الهيكل الخارجي بداية أن يحفظ توازن ثقل جسم اللاعب، ثم يحث
الساقين الإنساليتين لتبدآ حركات المشي المنسقة جيئة وذهابا على العشب
المشذب. وعند الاقتراب من الكرة، سيتخيل اللاعب وضع قدمه على تماس
معها. وبعد ثلاثمئة ميلّي ثانية، ستأمر إشاراتُ الدماغ قدمَ الهيكل
الخارجي الإنسالية لتنعقف تحت الكرة الجلدية، على النمط البرازيلي،
وتركلها عاليا.

وهذا
الاستعراض العلمي لتقنية جديدة جذريا، تُجْرى بتعاون أوروبي برازيلي،
سينقل لجمهور عالمي تعداده البلايين، فكرة قد تغدو حقيقة، وهي أن تحكّم
الدماغ في الآلات قد تحوّل من كونه مجرد تجارب مختبرية ومن تخمين
مستقبلي إلى عصر جديد أصبحت فيه الأدوات قادرة على جلب الحركة إلى مرضى
مقعدين بسبب أذى أو مرض. وإننا على طريقنا، ربما في العقد المقبل، إلى
تقانة تربط الدماغ بآلات ميكانيكية أو إلكترونية أو افتراضية virtual.
وسيستعيد هذا التطور الحركةَ ليس فقط لضحايا الحوادث والحروب وإنما
أيضا لمرضى التصلب الجانبي الضموري(⁵) ALS (الذي يُعْرف أيضا
بمرض Lou Gehrigʼs)، ومرضى پاركنسون والاضطرابات الأخرى التي تؤدي إلى
تعطيل التصرفات الحركية التي تعيق وصول الذراع والإمساك باليد
والتنقل والتكلم. وستمكّن التجهيزات العصبية الصنعية - أو واجهات
دماغ-آلة(⁶) - العلماءَ أيضا من القيام بأعمال أكثر من مجرد
مساعدة المعوقين. وستجعل من الممكن أيضا استكشاف العالم بطرق ثورية من
خلال تمكين الأشخاص الأصحاء من زيادة مهاراتهم الحسية والحركية.

في هذا المشهد(⁷)
المستقبلي، موجات دماغية كهربائية إرادية، هي الأبجدية الحيوية التي
تكمن وراء تفكير البشر، ستحرك من بُعد إنسالات صغيرة وكبيرة، وتتحكم
أيضا من بعد في السفن الفضائية، وربما تسمح أيضا بالتشارك في الأفكار
والأحاسيس بين الأفراد عبر ما ستصبح مستقبلا شبكة دماغية جماعية قائمة
على الدماغ.

آلات الفِكر(^**)

مازالت
بذلة الجسم الخفيفة الوزن المعدّة للاعب الذي لم يجر بعد اختياره، قيد
التطوير. ومع ذلك، يجري الآن بناء نموذج في مختبر صديقي الشهير
ومعاوني <.G شينـگ> [من الجامعة التقنية في ميونيخ] وهو أحد
المؤسسين لمشروع امشِ مجددا(⁸)، وهو مشروع تعاون مشترك
لاربحي ما بين مركز جامعة Duke للهندسة العصبية في ميونخ ومعهد
التقانات الفيدرالي السويسري في لوزان ومعهد <.E و safra .L>
الدولي للعلوم العصبية الولادية في البرازيل(⁹). وسينضم بعض
الأعضاء الجدد إلى هذا الفريق الدولي خلال الشهور القليلة القادمة،
ومنهم معاهد أبحاث وجامعات رئيسية حول العالم.


في
جامعة Duke، اعتمد المشروع على مدى عقدين تقريبا من العمل الرائد على
واجهات دماغ-آلة وقد انبثق البحث نفسه عن دراسات تعود إلى ستينات القرن
الماضي حين حاول العلماء بداية التنصت على دماغ الحيوان ليروا إذا كان
بالإمكان إدخال إشارة عصبية إلى الحاسوب بحيث تعطي أمرا يستهل حركة في
جهاز ميكانيكي. وبالعودة إلى عام 1990 وطوال العقد الأول من هذا
القرن، قمت مع زملائي في تلك الجامعة بريادة طريقة استطعنا من خلالها
أن نزرع في أدمغة الجرذان والقردة المئات من المحسات الشعرية اللينة
المعروفة بالأسلاك الميكروية. وخلال العقدين الماضيين، بيّنّا أنه بعد
زرع هذه الشوكة الكهربائية يمكنها كشف الإشارات الكهربائية الدقيقة، أو
كمونات الفعل(¹⁰)، التي تولدها مئات العصبونات المفردة
الموزعة على طول القشرة الجبهية والجدارية، وهي المناطق التي تعرّف
دارة دماغية واسعة مسؤولة عن توليد الحركات الإرادية(¹¹).

وعلى
مدى عقد كامل من الزمن، استخدمت هذه الواجهة إشارات مشتقة من الدماغ
لتوليد حركات أذرع، وأيد وأرجل إنسالية في تجارب على الحيوانات. وقد
حدث اختراق حاسم في عام 2011 حين تعلم قردان في مختبرنا أن يمارسا
تحكما عصبيا في حركات مولدة حاسوبيا لذراع مجسّدة(¹²) لمست أشياء في العالم الافتراضي لكنها بعثت أيضا عن طريق تغذية راجعة بإشارة «لمس صنعي(¹³)»
مباشرة إلى دماغي القردين. وقد مكّنتنا البرمجيات من تدريب الحيوانات
على الشعور بإحساس لمس شيء ما، بأصابع افتراضية يتحكم فيها مباشرة
أدمغتها.

لقد
بدأت جمعية «امشِ مجددا» - بمساعدة الفريق الدولي من علماء الأعصاب
وعلماء الإنسالية وعلماء الحاسوب وجرّاحي الأعصاب واختصاصيي إعادة
التاهيل - بالاستفادة من نتائج الأبحاث على الحيوانات لابتكار طريقة
جديدة لتدريب وإعادة تأهيل المرضى المشلولين بحدة على كيفية استخدام
تقنيات الواجهات دماغ-آلة لاستعادة حركيّة كامل الجسم. وفعليا، ستحدث
الخطوات الطفولية الأولى للاعبنا الاحتفالي المستقبلي داخل غرفة واقع
افتراضي(¹⁴) متطورة، تُعرف بالبيئة الافتراضية الآلية الكهفية(¹⁵)،
وهي غرفة مزودة بشاشات مُسقَطة على جميع الجدران والسقف والأرض. وبعد
ارتداء نظارات ثلاثية الأبعاد وخوذة تكشف - من دون جراحة - موجات
الدماغ (عبر تقنيات تعرف بالتخطيط الدماغي الكهربائي EEG والتصوير
الدماغي المغنطيسي)، سيكون لاعبنا المرشح - والذي سيكون بالضرورة يافعا
خفيف الوزن للجولة الأولى من هذه التقانة - مغمورا في بيئة افتراضية
تمتد في جميع الاتجاهات. وهنالك سيتعلم الشاب التحكم في شخصية تجسيدية
برمجية(¹⁶) بالأفكار فقط. وتدريجيا، سيزداد تعقيد الحركات
الناتجة في هذه الشخصية وستنتهي أخيرا بحركات دقيقة مثل المشي على
أرضية متغيرة أو فك غطاء جرة هلامية افتراضية.

اقتحام العصبونات(^***)

لا
يمكن معالجة الحركات الميكانيكية للهيكل الخارجي بالجهوزية نفسها التي
نعالج فيها الشخصيات التجسيدية البرمجية، لذلك ستكون التقانة والتدريب
أكثر تعقيدا. وسيكون من الضروري زرع مجسات في الدماغ مباشرة لمعالجة
الأطراف الإنسالية. ولن نحتاج فقط إلى وضع المجسات(¹⁷) تحت
الجمجمة في الدماغ، وإنما نحتاج أيضا إلى زيادة عدد العصبونات التي يجب
قراءة خرجها في آن واحد عبر القشرة الدماغية. وسيجري زرع العديد من
المحسات في القشرة الحركية، وهي المنطقة في الفص الجبهي الأكثر
جهوزية لمرافقة توليد البرنامج الحركي الذي يُحمَّل عادة إلى النخاع
الشوكي، والذي تتحكم الأعصاب منه مباشرة في عمل عضلاتنا وتنسق فيما
بينها. (يعتقد بعض علماء الأعصاب أنه يمكن إنجاز هذا التفاعل بين العقل
والعضلات بطريقة لا تحتاج إلى مداخلة ضمن الجسم عبر تسجيل فعالية
الدماغ مثل التخطيط الكهربائي الدماغي EEG، إلا أنه يجب تحقيق هذا
الهدف عمليا.)

لقد
ابتكر <.G ليهو> [من مجموعتي في جامعة Duke] نوعا جديدا من
المحسات: مكعب تسجيل بإمكانه، عند زرعه، التقاط إشارات عبر كامل حجم
القشرة الدماغية الثلاثي الأبعاد. وخلافا للمحسات الدماغية السابقة،
التي كانت تتكون من صفيفات(¹⁸) مسطحة من المجسات الميكروية التي
تسجل أطرافُها الإشارات الكهربائية العصبية، فإن مكعب <ليهو>
يوسع أسلاك المحسات الميكروية إلى الأعلى والأسفل وعلى الجوانب على طول
محور مركزي.

يتضمن
الإصدار الحالي لمكعب التسجيل الذي بحوزتنا، ما يصل إلى 1000 سلك
تسجيل ميكروي فعال. ولأنه يمكننا تسجيل أربع إشارات وحتى ست إشارات على
الأقل من كل سلك ميكروي، فيمكن لكل مكعب التقاط فعاليات كهربائية لما
بين 4000 و 6000 عصبون. ولنفترض أن بإمكاننا زرع العديد من هذه
المكعبات في القشرات الجبهية والجانبية للدماغ - وهي المناطق المسؤولة
عن التحكم العالي المستوى في الحركات واتخاذ القرار - عندها يمكننا
الحصول على عينات من عشرات الآلاف من العصبونات في آن معا. وبحسب
نمذجتنا البرمجية النظرية، يمكن لهذا التصميم أن يكفي للتحكم في مرونة
الحركات التي نتطلبها لتشغيل الهيكل الخارجي بساقين، واستعادة التحرك
الذاتي لمرضانا.

ولمعالجة
البيانات المنهمرة من هذه المحسات، فإننا نتوجه إلى تصنيع جيل جديد من
الجذاذات العصبية المصممة حسب الطلب. وعند زرعها في جمجمة المريض جنبا
إلى جنب مع المجسات الميكروية، فإنها ستستخرج الأوامر الحركية الأولية
التي نحتاج إليها لمعالجة كامل الهيكل الخارجي للجسم.

وبالطبع،
نحتاج بعدها إلى بث الإشارات المكتشفَة من الدماغ إلى الأطراف
الصنعيـــة. وحــديثــا، قــــام <.T هانسون> [طالب الدكتوراه في
جامعة Duke المتخرج حديثا] ببناء نظام تسجيل لاسلكي بـ 128 قناة، مجهز
بمحسات وشيبات chips يمكن وضعها داخل الجمجمة وهي قادرة على بث موجات
الدماغ المسجلة إلى مستقبِل بعيد. وقد جرى اختبار الإصدار الأول من هذه
الشيبات العصبية(¹⁹) بنجاح على القرود. وبالفعل، شهدنا
مؤخرا أول قرد يشغّل الواجهة بين الآلة والأعصاب، على مدى الساعة،
باستخدام إرسال لاسلكي لإشارات الدماغ. وفي الشهر 7/2012 تقدمنا بطلب
إلى الحكومة البرازيلية للسماح لنا باستخدام هذه التقانة على البشر.

وبالنسبة
إلى لاعب كرة القدم المستقبلي، سيجري ترحيل البيانات من نظم التسجيل
لاسلكيا إلى وحدة معالجة حاسوبية صغيرة، موجودة في حقيبة تحمل على
الظهر. وستنفذ معالجات رقمية متعددة خوارزميات برمجية متنوعة تترجم
الإشارات الحركية إلى أوامر رقمية قادرة على التحكم في الأجزاء
المتحركة أو المفعّلات الموزعة على جميع مفاصل بدلة الإنسالة، وهي
عناصر عتادية تضبط موقع الأرجل الصنعية للهيكل الخارجي.

قوة الطاقة الدماغية(^****)

ستسمح
الأوامر لمرتدي الهيكل الخارجي بالمشي خطوة ثم أخرى، كما ستسمح بخفض
سرعته أو رفعها، وبالانحناء أو بصعود الدرج. وستجري مباشرة معالجة بعض
حالات الضبط من المستوى الأدنى لتموضع العتاديات الصنعية بواسطة
الدارات الإلكتروميكانيكية للهيكل الخارجي، من دون أي دخل عصبي neural
input. وستبقى الملابس التي تشبه البدلات الفضائية مرنة ولكنها تستمر
بتزويد مرتديها بدعم هيكلي، ينوب عن النخاع الشوكي البشري. وبالاستفادة
الكاملة من هذا التفاعل بين إشارات التحكم المنبثقة عن الدماغ وردود
الأفعال الإلكترونية التي تطلقها المفعّلات، نأمل بأن تتمكن واجهتنا
دماغ-آلة من أن يتحلى فعليا الراكل الأول في كأس العالم بقوة الإرادة.

وهذا
الراكل لن يتحرك فحسب وإنما سيتحسس أيضا الأرض تحته. وسيولد الهيكل
الخارجي الشعور باللمس والتوازن بتضمين محسات ميكروية تكشف مقدار القوة
الناتجة من حركة معينة، ويرسل معلومات من البدلة إلى الدماغ. وسيكون
بمقدور هذا الراكل الأول أن يشعر بأن إصبع قدمه قد لامست الكرة.

وتقترح
تجاربنا الممتدة على مدى عقد من الزمن على الواجهات بين دماغ-آلة أنه
حالما يبدأ بالتفاعل مع هيكله الخارجي، يبدأ الدماغ بإدماج هذا الجسم
الإنسالي كامتداد حقيقي لصورة جسده الفعلي. ومن خلال التدريب، فإن
الخبرة المتراكمة من هذا الشعور المستمر من التماس مع الأرض وموضع
الأرجل الإنسالية ستمكّن من الحركة بخطى رشيقة على ملعب كرة القدم أو
النزول عن رصيف. وجميعُ مراحل هذا المشروع تتطلب اختبارات مستمرة
ودقيقة على الحيوان قبل أن نبدأ بالتجريب على البشر. إضافة إلى ذلك،
يجب أن تجتاز جميع إجراءات وكالات التقييس في البرازيل والولايات
المتحدة وأوروبا لضمان مراجعة علمية وأخلاقية صحيحة. ومع جميع الشكوك
التي ينطوي عليها استكمال العرض العلني الأول لهذا العمل والوقت القصير
المتبقي له، فإن الفكرة البسيطة التي ينطوي عليها مثل هذا المَعلَم
العظيم قد أثارت اهتمام المجتمع البرازيلي بالعلم قلما لوحظت من قبل.



تحكم من بُعد("Tahoma">^******)

إن ركلة الافتتاح لكأس العالم - أو لحدث مشابه، ولنقُل الألعاب الأولمبية أو البارالمبية(³⁶)
في ريو بالبرازيل في عام 2016 إذا فاتنا الموعد الأول لأي سبب كان -
ستكون أكثر من مجرد عمل مثير لمرة واحدة. ويمكن اكتشاف تلميح لما يمكن
القيام به مع هذه التقانة من تجربة بجزأين استُكملت على القرود.
وكمقدمة - وبالعودة إلى عام 2007 - درّب فريقنا البحثي في جامعة Duke
قرودا هندية على المشي منتصبة على جهاز تدويس، في حين كان يجري تسجيل
النشاط الكهربائي لأكثر من 200 عصبون لحائي(³⁷) في آن معا.
وفي غضون ذلك، بنى <.G شينـگ> [في مختبرات الاتصالات والإنسالية
الذكية ART في كيوتو] بروتوكول إنترنت بالغ السرعة، سمح لنا بإرسال هذا
الدفق من البيانات العصبونية إلى كيوتو مباشرة، حيث غذت المتحكمات
الإلكترونية لإنسالة شبه بشرية(³⁸) CB1. وفي الجزء الأول من
هذه التجربة عبر الكرة الأرضية، بيّن <شينـگ> مع مجموعتي
العاملة في جامعة Duke أن الخوارزميات التي طُوِّرت سابقا لترجمة
الأفكار إلى تحكم في أذرع إنسالية يمكنها أيضا تحويل أنماط نشاط عصبي
متعلق بالتنقل على قدمين، لجعل رجلين ميكانيكيتين تمشيان.

لقد
أعطى الجزء الثاني من التجربة مفاجأة أكبر بكثير. فحين كانت إحدى
قرودنا (إيدويا) تمشي على جهاز التدويس في Durham, N.C.، كانت واجهتنا
دماغ-آلة تبث دفقا ثابتا من فعالية كهربائية لدماغها إلى كيوتو عبر
وصلة تشينـگ للإنترنت. وهنالك، كشفت الإنسالة CB1 هذه الأوامر الحركية
وبدأت بالمشي أيضا على الفور تقريبا. وقد احتاجت الإنسالة CB1 في
البداية إلى بعض الدعم عند الخاصرة؛ ولكن في التجارب اللاحقة بدأت
بالتحرك ذاتيا كاستجابة للأوامر المنبعثة من الدماغ، التي يولدها القرد
على الطرف الآخر من الكرة الأرضية.

والأكثر
من ذلك، فحتى حين توقف جهاز التدويس في جامعة Duke، وتوقفت القردة
إيدويا عن المشي، ظلّ بإمكانها أن تتحكم في حركات أرجل الإنسالة CB1 في
كيوتا بمجرد مراقبة أرجل الإنسالة تتحرك وفق فيديو حي وتخيّل كل خطوة
يجب أن تتخذها الإنسالة CB1. وتابعت القردة إيدويا إنتاج النماذج
الدماغية اللازمة لجعل الإنسالة CB1 تمشي حتى وإن لم يعد جسدها مشاركا
في هذه المهمة الحركية. وهذا البرهان العملي لواجهة دماغ-آلة عابرة
للقارات أظهر أن بإمكان أي إنسان أو قرد أن يتجاوز بسهولة الفضاء
والقوة والزمن بإصدار أوامر من الدماغ من الحدود الفيزيائية للجسم
الحيوي الذي يحوي الدماغ ويبثها إلى جهاز من صنع الإنسان موجود بعيدا
عن الفكرة الأصلية التي ولّدت الفعل.

وتقتضي
هذه التجارب أن بإمكان واجهات دماغ-آلة أن تمكّننا من التحكم في
إنسالات مُرسَلة إلى بيئات لا يمكن مطلقا للبشر اختراقها مباشرة: يمكن
لأفكارنا أن تشغّل أداة جراحة ميكروية داخل الجسم، أو لنقُل، أن توجّه
نشاطات إنسالة شبه بشرية تحاول أن تصلح تسرّبا في منشأة نووية.

ويمكن
للواجهة أيضا أن تتحكم في أدوات تؤمن قوى أقوى أو أخف من القوى التي
تستطيع أجسامنا تأمينها، متحررة بذلك من القيود العادية على مقدار
القوة التي يمكن للفرد أن يبذلها. وإن ربط دماغ القرد بإنسالة شبه
بشرية قد تخلص من القيود التي تفرضها الساعة: فقد استغرقت رحلة القردة
إيدويا الدماغية حول الكرة الأرضية 20 ميلي ثانية - وهي مدة أقل مما
تتطلبه لتحريك رجلها.

ومع
استلهام رؤى من المستقبل البعيد، فإن ما قمنا بعمله على القرود أعطانا
ثقة بأن خطتنا يمكن أن تكون قابلة للتطبيق. وعند كتابة هذا المقال،
كنا ننتظر معرفة ما إذا كان الاتحاد الدولي لكرة القدم (فيفا)، الذي
يقع على عاتقه تنظيم الاحتفالية، سيوافق على مقترحنا بمشاركة يافع مشلول في
احتفالية افتتاح كأس العالم عام 2014. والحكومة البرازيلية - التي
تنتظر إقرار الفيفا - تدعم مقترحنا هذا.

وقبل
أن تتحقق رؤيتنا تكثر الصعوبات البيروقراطية والشكوك العلمية. ومع
ذلك، لا يمكنني التوقف عن تخيّل ما يمكن أن يكون عليه الأمر أثناء
التمشي الوجيز ولكنه التاريخي على أرض كرة القدم الخضراء الاستوائية
لثلاثة بلايين من البشر ليشاهدوا شابا برازيليا مشلولا ينهض ويمشي من جديد
بمحض إرادته، وأخيرا يركل الكرة ليسجل هدفا للعِلم لا ينسى، في الأرض
نفسها التي أتقنت هذه اللعبة الجميلة.

---

المؤلف

	Miguel A. L. Nicolelis
<.L .A .M نيكولليس> رائد في حقل العصب الصنعي. وهو أستاذ علوم الأعصاب في مدرسة دوك للطب والمدير المساعد لمركز جامعة Duke للهندسة العصبية.

---

مراجع للاستزادة