فك شيفرة حركات الطرف الوهمي من تسجيلات عصبية داخل العصب

طرق جديدة للحركة مع ساق مفقودة

بالنسبة للأشخاص الذين فقدوا ساقاً فوق الركبة، قد يشعر المشي باستخدام طرف اصطناعي وكأنه توجيه آلة جامدة أكثر منه تحريك جزء من أجسامهم. تستكشف هذه الدراسة مساراً مختلفاً: الاستماع مباشرةً إلى أعصاب الساق المتبقية عندما يحاول المبتورون تحريك ساقهم «الوهمية» واستخدام تلك الإشارات للتحكم في طرفٍ بَيوني مستقبلي. من خلال التوصّل إلى نفس الأسلاك التي كانت الدماغ تستخدمها سابقاً لتحريك الركبة والكاحل والأصابع، يبيّن الباحثون أن التحكم الطبيعي والبديهي في ساق اصطناعية قد يكون في متناول اليد.

الاستماع إلى الأعصاب داخل الفخذ

عمل الفريق مع متطوّعين اثنين فقدا ساقهما فوق الركبة لكنهما لا يزالان يشعران بشكل واضح ويستطيعان «تحريك» طرفهما الوهمي. زرع الجراحون أربع شرائط أقطارها شعيرية داخل فرع من العصب الوركي في مؤخرة الفخذ. حملت كل شريحة مواقع تسجيل صغيرة متعددة، ليصل العدد الكلّي للقنوات إلى 56 قناة. عندما كان المشاركون جالسين وطُلِب منهم ثني ومد الركبة الوهمية أو الكاحل أو الأصابع بأوامر، التقطت الأقطاب الكهربائية وابلًا من النشاط الكهربائي من ألياف عصبية كانت تتحكم سابقاً في عضلات لم تعد موجودة بعد البتر.

الحركات الشبحية تترك آثاراً كهربائية حقيقية

على الرغم من غياب الجزء السفلي من الساق، أنتجت محاولات تحريكه إشارات واضحة ومنظمة داخل العصب. استجابت معظم مواقع التسجيل لنوع واحد على الأقل من الحركات، وتميّزت العديد منها بين الثني والمد. كانت بعض الأقطاب أكثر ضبطاً لحركات الركبة، وأخرى للكاحل أو الأصابع، مما يعكس كيفية توصيل مجموعات العضلات المختلفة إلى العصب. اختلفت قوة وتوقيت أنماط إطلاق الأعصاب من مفصل لآخر، ما يشير إلى أن «خريطة» الجسم الأصلية للتحكم بالساق باقية في كتلة العصب المتبقية. كما وجد الباحثون أن هذه الأنماط الحركية تتماشى جيداً مع التشريح المعروف: تميل قنوات العصب التي تنشط لحركة معينة إلى مطابقة العضلات التي كانت ستنتج تلك الحركة عادة.

تدريب مفكِّك شيفرة مستوحى من الدماغ

التقاط نشاط العصب هو نصف القصة فقط؛ إذ يجب على الطرف الاصطناعي المستقبلي أن يترجم تلك الإشارات المعقّدة بسرعة إلى أوامر. لجأ العلماء إلى شبكة عصبية نابضة، وهي نوع من الشبكات الاصطناعية التي تتواصل عبر نبضات كهربائية قصيرة، تماماً كما تفعل الخلايا العصبية الحقيقية. حولوا أولاً تسجيلات العصب الخام إلى قطارات كثيفة من النبضات التي أبرزت كيف تغيرت طاقة الإشارة مع الزمن. ثمّ أدخلت هذه القطارات النبضية إلى مفكِّك شيفرة مضغوط تعلّم فرزها إلى «فئات» حركة مثل ثني الكاحل أو مد الركبة. مقارنة بأدوات التعلم الآلي التقليدية، كان مفكك الشيفرة النابض أدق وأكثر كفاءة، معترفاً بشكل موثوق بعدة حركات مقصودة من مقتطفات قصيرة من نشاط العصب.

دمج إشارات العصب والعضلة

بما أن الأقطاب الكهربائية وُضعت بين عضلات الفخذ، فقد التقطت أيضاً إشارات عضلية صغيرة في نطاق ترددي منخفض. عبر ترشيح التسجيلات، تمكن الفريق من فصل النشاط الشبيه بالعضلة عن النبضات العصبية الأسرع. عندما درّبوا مفكِّك الشيفرة على إشارات العضلات وحدها، تحسّن الأداء مقارنة باستخدام بيانات العصب عالية التردد فقط. والأفضل من ذلك، أن دمج المصدرين — العصب والعضلة المتبقية — عزّز الدقة أكثر، خاصةً لحركات الركبة والكاحل. يشير هذا إلى أن تقنية مزروعة واحدة قد تستغل كلاً من حركة المرور العصبية ونشاط العضلة المتبقي لتوفير إشارة تحكم أغنى وأكثر استقراراً لساق روبوتية.

الإحساس بالأرض أثناء تحريك الساق

يمكن أيضاً استخدام نفس الأقطاب العصبية الداخلية التي استمعت إلى أوامر الحركة في الاتجاه المعاكس: لإرسال نبضات كهربائية صغيرة مرة أخرى إلى العصب وإثارة الإحساس. في أعمال سابقة مع هذين المتطوّعين، أنتج التحفيز عبر هذه الزرعات أحاسيس شبيهة باللمس على باطن القدم والأصابع. في الدراسة الحالية، رسم الباحثون خريطة لأماكن تداخل التسجيلات المرتبطة بالحركة والأحاسيس المتعلقة باللمس. وجدوا أن ألياف العصب الخاصة بالحركة والإحساس كانت مفصولة إلى حد كبير على مستوى الفخذ، ما قد يساعد المصممين على تخصيص بعض التلامسات بشكل أساسي لفك تشفير الحركة وأخرى أساساً للتغذية الراجعة الحسية، مما يقلل التداخل بين الاثنين.

ماذا يعني هذا لأقدام بَيوني المستقبل

للقارئ العام، الرسالة الأساسية هي أن «الأسلاك» الخاصة بتحريك ساق مفقودة لا تزال نشطة وقابلة للقراءة، حتى بعد سنوات من البتر. بوضع أقطاب دقيقة داخل العصب المتبقي واستخدام خوارزميات مستوحاة من الدماغ لتفسير الإشارات، يصبح من الممكن تحديد، لحظةً بلحظة، ما إذا كان المبتور يحاول ثني الركبة أو تحريك الكاحل أو فرد أصابع الطرف الوهمي. عند اقتران ذلك بتحفيز كهربائي يستعيد إحساس اللمس من القدم المفقودة، قد تمكّن هذه المقاربة الأطراف الاصطناعية من الشعور والتحرك بشكل أقرب بكثير إلى الطرف الطبيعي. وعلى الرغم من أن العمل ما يزال في مرحلة مخبرية مبكرة واختُبر خارج الخط على شخصين فقط، فإنه يضع أرضية مهمة لأطراف مستقبلية تتصل مباشرة بالجهاز العصبي، مقدّمة تحكماً أكثر بديهية، وتوازناً أفضل، وإحساساً أقوى بالتجسّد.

الاستشهاد: Rossi, C., Bumbasirevic, M., Čvančara, P. et al. Decoding phantom limb movements from intraneural recordings. Nat Commun 17, 2511 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69297-0

الكلمات المفتاحية: الطرف الوهمي, الأطراف العصبية الاصطناعية, واجهة العصب الطرفي, شبكات عصبية نابضة, بتر الطرف السفلي