نظام نقل طاقة لاسلكي لتخطيط القشر الدماغي داخل الأوعية دون أسلاك رصاصية

لماذا يهم تزويد زرعات الدماغ بالطاقة بدون أسلاك

تنتقل واجهات الدماغ-الكمبيوتر وأجهزة المراقبة الدماغية طويلة الأمد من مجال الخيال العلمي إلى الممارسة الطبية الاعتيادية. إحدى الطرق الواعدة تستخدم سقالات معدنية صغيرة تُسمى الدعامات يمكن وضعها داخل الأوعية الدموية في الدماغ لتسجيل وربما تحفيز النشاط العصبي دون فتح الجمجمة. لكن الأنظمة الحالية لا تزال تعتمد على أسلاك طويلة تمتد من الدماغ عبر الأوعية الدموية نزولاً إلى وحدة إلكترونية في الصدر. تطرح هذه الأسلاك مخاطر جراحية، وقد تتعرض للتلف مع مرور الوقت، وتقلل من قبول النظام لدى المرضى. تصف هذه الورقة طريقة جديدة لإرسال الطاقة إلى مثل هذه الزرعات القائمة على الدعامات دون أي أسلاك طويلة، باستخدام مكوّنات مخفية تحت فروة الرأس ووحدة خارجية صغيرة تُرتدى على الرأس.

طريقة جديدة لتغذية الطاقة إلى الدماغ

يقترح المؤلفون نظام طاقة يعمل مع دعامة سريرية عادية بدلاً من جهاز مُصنع خصيصًا. يتألف النظام من ثلاثة أجزاء: وحدة خارجية تُرتدى على الرأس مزودة بلفافة، وشريط مرحل رفيع كحبة ورق يُوضع تحت فروة الرأس وفوق الجمجمة، والدعامة الموجودة عميقًا داخل وريد يسير على سطح الدماغ. ترسل اللفافة الخارجية الطاقة عبر مجال مغناطيسي إلى لفافة مطابقة في المرحل. ثم يمرر المرحل تلك الطاقة كحقل كهربائي عبر الجمجمة والأنسجة المحيطة إلى الدعامة. والأهم أن الدعامة نفسها تُستخدم كعنصر مستقبِل، لذلك لا يلزم إدخال قطع إضافية في الوعاء الدموي الضيق بالفعل.

تحويل الحقول المغناطيسية إلى حقول كهربائية

في قلب التصميم يوجد المرحل تحت الجلد الذي يحول شكل نقل لاسلكي إلى شكل آخر. من الجانب الخارجي، تلتقط اللفافة المسطحة في المرحل الطاقة بواسطة الاقتران المغناطيسي، على نحو مشابه لشاحن الهاتف اللاسلكي. من الجانب الداخلي، تعمل لوحتان معدنيتان طويلتان ورقيقتان في المرحل كأنهما جانبا مكثف كهربائي، فتُنشئان حقلًا كهربائيًا يمر عبر العظم والأغشية والسوائل ليصل إلى جزئين منفصلين من الدعامة. يمكن لأجزاء إلكترونية بسيطة—مثل الصمامات الثنائية والمكثفات—أن تُقوِّم هذه الطاقة المتناوبة إلى طاقة مستقرة لأجهزة الاستشعار، ودارات الاتصال، وإلكترونيات التحفيز الاختيارية داخل الدعامة أو بجانبها. وبما أن المرحل سلبي ورقيق للغاية، فيمكن وضعه تحت فروة الرأس مع أقل قدر من التدخل وبدون أجزاء متحركة.

اختبار النظام

لفحص ما إذا كان هذا المخطط يعمل في ظروف واقعية، بنى الفريق نموذج اختبار باستخدام عظام حيوانية حقيقية وأوعية دموية ومحلول ملحي لمحاكاة طبقات رأس الإنسان. حيث عدّلوا بعناية طول الدعامة، والمسافة بين أقسام الدعامة، وحجم اللوحات، وتباعد اللوحات، وعمق الدعامة تحت العظم، والتردد التشغيلي، وأجروا مئات القياسات لإيجاد أفضل تركيبة. وجدوا نطاقين تردديين مفيدين، مع النطاق الأكثر عملية حول 40–50 ميغاهرتز. مع أبعاد محسّنة، تمكنوا من إيصال أكثر من 45 ميلي واط إلى الدعامة مع إبقاء كفاءة التيار المستمر العامة نحو 7 في المئة—وهي أعلى قيمة مُبلَّغ عنها حاليًا لدعامة غير معدلة في الدماغ. طابقت النماذج الحاسوبية التي استخدمت تشريح رأس بشري مفصّل نتائج المختبر عن كثب، ما أكد أن القياسات لم تكن مجرد شواذ في إعداد المختبر.

التحقق من السلامة داخل الرأس

أي نظام لاسلكي يرسل طاقة إلى الجسم يجب أن يفي بحدود سلامة صارمة بالنسبة للتسخين والتعرض. استخدم الباحثون محاكاة متقدمة بالعناصر المنتهية لحساب مقدار الطاقة المنتقلة التي ستمتصها الأنسجة، وهي كمية تُعرف بمعدل الامتصاص النوعي (SAR)، ومقدار ارتفاع درجة الحرارة المحلية بمرور الوقت. مع طاقات دخل كافية لتوصيل نحو 45 ميلي واط إلى الدعامة، بقيت قيم SAR القصوى والمتوسطة في الجلد والعظم والدماغ أقل بكثير من حدود السلامة الدولية. أظهرت محاكاة درجات الحرارة على مدى عدة ساعات من التشغيل المستمر زيادات طفيفة فقط—على مرتبة بضعة أعشار الدرجة المئوية—ركزت أساسًا في منطقة فروة الرأس القريبة من المرحل واللفافة الخارجية، دون أي ارتفاع في حرارة الزرعة نفسها.

ما الذي قد يعنيه ذلك لتكنولوجيا الدماغ المستقبلية

تُظهر هذه الدراسة أن تزويد زرعة دعامة دماغية بالطاقة بالكامل دون أسلاك طويلة أو تصاميم دعامة مخصصة ممكن تقنيًا وآمن. يمكن للمعمارية المقترحة أن تزود طاقة كافية لتسجيل إشارات دماغية عالية الجودة وحتى التحفيز عند الطلب، مع إبقاء الأجهزة تحت فروة الرأس رقيقة وسلبية، والسماح للوحدة الخارجية بالاستقرار بشكل مريح على الرأس. ورغم أن الفيزياء التفصيلية لتفاعل الحقول المغناطيسية والكهربائية قرب المرحل تحتاج إلى دراسات نظرية أعمق، فإن مزيج التجارب والمحاكاة يقدم دليلاً قوياً على سلامة المقاربة. إذا حُلت تحديات التصنيع للمرحل فائق النحافة وأكدت الاختبارات داخل جسم حي المتانة، فقد تُشكّل هذه الطريقة أساسًا لجيل جديد من أنظمة الزراعة العصبية اللاسلكية طفيفة التوغل، الأسهل زرعًا والأكثر راحة وملاءمة للمرضى.

الاستشهاد: Xu, Z., Truong, N.D., Ahnood, A. et al. A wireless power transfer system for leadless endovascular electrocorticography. Commun Eng 5, 73 (2026). https://doi.org/10.1038/s44172-026-00617-4

الكلمات المفتاحية: نقل الطاقة اللاسلكي, دعامة دماغية, الزراعة العصبية الاصطناعية, زرعات داخل الأوعية الدموية, تخطيط كهربائية القشرة الدماغية