واجهة دماغ-حاسوب داخل القشرة تعتمد على نشاط القشرة قبل الحركية البطنية في المكاك

تعليم الدماغ تحريك المؤشر

تخيل أن توجه مؤشر حاسوب أو ذراعًا روبوتية بمجرد أفكارك، حتى لو لم تعد عضلاتك قادرة على الحركة. تهدف واجهات الدماغ–الحاسوب (BMIs) إلى جعل ذلك ممكنًا عن طريق تحويل نشاط الدماغ إلى أوامر للأجهزة الخارجية. اعتمدت معظم الأنظمة حتى الآن على منطقة رئيسية واحدة للحركة في الدماغ، لكن ماذا يحدث إذا تعرضت تلك المنطقة للتلف، كما في السكتة الدماغية أو التصلب الجانبي الضموري؟ تسأل هذه الدراسة ما إذا كانت منطقة مجاورة أخرى، ترتبط عادة بتخطيط حركات اليد ومراقبة حركات الآخرين، قادرة أيضًا على تشغيل واجهة دماغ–حاسوب بصورة موثوقة.

انضمام منطقة دماغية جديدة للفريق

تعتمد واجهات الدماغ التقليدية في الغالب على قراءة الإشارات من القشرة الحركية الأولية، الشريط من نسيج الدماغ الذي يتحكم مباشرة في الحركات الإرادية، ومن منطقة مجاورة تخطيطية تُسمى القشرة قبل الحركية الظهرية. ركز الباحثون انتباههم على جار مختلف: القشرة قبل الحركية البطنية، وتحديدًا منطقة تسمى F5c. في القرود، تحتوي F5c على خلايا تنشط عندما يمتد الحيوان ويلتقط الأشياء وحتى عندما يشاهد ببساطة حركات على شاشة. هذا المزيج من استجابات الحركة والمراقبة اقترح أن F5c قد تكون مناسبة للتحكم بمؤشر أو «أفاتار» روبوتي دون الحاجة إلى تحريك الجسم.

قرود، ميكروإلكترودات، وأهداف متحركة

زرع اثنان من قرود المكاك شبكات دقيقة مكوَّنة من 96 إلكترودًا في ثلاث بقع: القشرة الحركية الأولية، القشرة قبل الحركية الظهرية، وF5c. في جلسات يومية، نفَّذت الحيوانات عدة مهام بصرية بسيطة ظاهريًا لكنها تتطلب أداءً سلوكيًا عاليًا. في مهمة واحدة، لمسوا مركز الشاشة ثم امتدوا إلى أحد الأهداف الثمانية الخارجية، بينما تحرك مربع صغير على الشاشة من المركز إلى نفس الهدف. في مهمة ثانية، أبقوا أيديهم ساكنة ومجردين يشاهدون المؤشر وهو يتحرك نحو الأهداف. في إعداد ثالث أكثر واقعية، استُبدل المؤشر بذراع روبوتية ثلاثية الأبعاد تمثل «أفاتار» يصل نحو الأهداف في مشهد افتراضي. عبر هذه المهام، كان بإمكان الفريق مقارنة مدى كفاءة كل منطقة دماغية في قيادة حركة المؤشر أو الأفاتار.

كيف تحولت إشارات الدماغ إلى حركة سلسة

خلال مرحلة التدريب، اتبع المؤشر أو الأفاتار مسارات مُنحنية بلطف أنشأها الحاسوب بينما كانت القرود إما تتحرك أو تراقب. في الوقت نفسه، سجَّلت الإلكترودات انفجارات سريعة من النشاط الدماغي. درب الباحثون بعد ذلك مُفكِّك تشفير—أداة رياضية تتعلم ربط أنماط إطلاق الخلايا العصبية بسرعات حركة المؤشر أو الأفاتار على الشاشة. لاختيار القنوات الأكثر معلوماتية، اختاروا الإلكترودات التي تعكس اتجاه وسرعة الحركة. استخدموا طريقة تعزل أنماط الدماغ المرتبطة بالسلوك بشكل أوثق وعززوها بخطوة غير خطية، مما سمح للنظام بالتقاط علاقات أكثر تعقيدًا بين النشاط العصبي والحركة. في مرحلة فك الشيفرة، توقف الحاسوب عن قيادة المؤشر أو الأفاتار؛ وبدلًا من ذلك استخدم المُفكِّك إشارات الدماغ الحية، محدثًا كل 50 مللي ثانية، لتوجيه الحركة على الشاشة. كان المُفكِّك يعاد تدريبه دوريًا في الخلفية حتى يتمكن من التكيف مع تحول الاستجابات العصبية بمرور الوقت.

ما مدى أداء المنطقة «الجديدة»؟

السؤال الأساسي كان هل تستطيع F5c مضاهاة أو الاقتراب من أداء مناطق التحكم التقليدية. في كلا القرودين، ابتدأ فك الشيفرة المبني على F5c بتأخر في الأداء عند تحريك المؤشر، خصوصًا عندما كانت الحيوانات تراقب فقط ولا تحرك يدها. لكن مع تقدم الجلسات—وحينما وفرت المزيد من الإلكترودات إشارات موثوقة مرتبطة بالحركة—ألحقَت F5c بالركب. في عدة شروط، عادل أداؤها أداء القشرة الحركية الأولية وتفوقت عليه في جلسات لاحقة للسيطرة السلبية على المؤشر. عند التحكم في الأفاتار الروبوتي، كان النجاح العام أقل عبر جميع المناطق، لكن F5c ما زالت تدعم تحكمًا ذا معنى، خصوصًا عند دمجها بخوارزمية مساعدة لطيفة توجه الأفاتار برفق نحو الهدف. ومن المهم أن نلاحظ أن الخلايا العصبية في المناطق الثلاث أظهرت أنماطًا متشابهة من الضبط الاتجاهي والنشاط الجمعي أثناء مرحلة التدريب التي يقودها الحاسوب ومرحلة التحكم النشط، مع تغيّر تفضيلات الاتجاه لمجموعة فرعية فقط بينما تعلمت القرود قيادة واجهة الدماغ–الحاسوب.

ما الذي يعنيه هذا لتقنيات الأعصاب المستقبلية

لغير المتخصص، الخلاصة الحاسمة هي أن المنطقة البطنية من القشرة قبل الحركية F5c—التي كانت تُعتبر أساسًا منطقة تخطيط ومراقبة للحركات—يمكن أن تعمل أيضًا كمحور عملي للتحكم في واجهات الدماغ–الحاسوب. عندما تتوفر إشارات كافية متعلقة بالحركة، يمكن للمفككات المعتمدة على نشاط F5c أن توجه مؤشر شاشة أو روبوت مساعد بشكل يقارب أداء تلك المبنية على المنطقة الحركية الكلاسيكية. وهذا يشير إلى أن واجهات الدماغ السريرية المستقبلية قد لا تضطر للاعتماد على منطقة قشرية واحدة فقط. بالنسبة للأشخاص الذين تضررت لديهم القشرة الحركية الأولية، قد توفر مناطق التخطيط المجاورة مثل القشرة قبل الحركية البطنية طريقًا بديلًا لاستعادة التحكم في الأدوات الرقمية أو الأجهزة التعويضية أو مساعدات التنقل.

الاستشهاد: De Schrijver, S., Garcia Ramirez, J., Iregui, S. et al. An intracortical brain-machine interface based on macaque ventral premotor activity. Sci Rep 16, 8407 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38536-1

الكلمات المفتاحية: واجهة دماغ-حاسوب, قشرة حركية, قشرة قبل حركية, فك الشيفرة العصبية, التحكم في الأطراف الاصطناعية