المِهاد: نظام في الوقت الحقيقي لالتقاط بيانات سلوكية وكهربية متعددة الوسائط متزامنة ضمن حلقة مغلقة

لماذا يهم تتبُّع الدماغ والجسم معاً

تعتمد جراحات المخ الحديثة وواجهات الحاسوب-الدماغ على رؤية ما يفعله الدماغ والجسم في نفس الوقت وبدقة عالية. ومع ذلك، في غرفة عمليات مزدحمة، تراقب أجهزة مختلفة الدماغ والعضلات والقلب والحركة بشكل منفصل، وغالباً دون ساعة مشتركة. تقدم هذه المقالة نظام المِهاد، وهو برنامج مفتوح يجمع كل هذه الإشارات في الوقت الحقيقي، ما يساعد الأطباء والباحثين على فهم أفضل لكيفية ارتباط نشاط الدماغ بالسلوك وكيفية اختبار علاجات جديدة بأمان.

محور واحد للعديد من الإشارات

صُمم المِهاد كمحور مركزي يمكنه الاستماع لأنواع متعددة من أجهزة الاستشعار الموجودة بالفعل في المستشفيات، مثل أقطاب الدماغ، وقفازات تتبع الحركة، والكاميرات، وأجهزة مراقبة القلب. بدلاً من معاملة كل جهاز كجزيرة منفصلة، يعلّم المِهاد كل تيار زمنيًا عند وصوله بحيث يمكن محاذاة موجات الدماغ وحركات اليد وقراءات أخرى بدقة تصل إلى أجزاء من الميلي ثانية. هذه الصورة المتزامنة ذات قيمة خاصة أثناء إجراءات جراحية عصبية قصيرة وحساسة، حيث لا يوجد متسع للمزيد من الأجهزة أو الوقت.

كيف بُنِيَ النظام

لمجاراة تدفق البيانات الكثيف، يستخدم المِهاد تصميمًا مكوّنًا من طبقتين. طبقة بايثون سهلة الاستخدام تُدير لوحة التحكم وشاشة التجربة التي يراها الباحث والمريض. وطبقة أسرع بلغة C++ تتعامل مع العمل الشاق المتمثل في التقاط البيانات من الأجهزة، وتحريكها عبر سلسلة من خطوات المعالجة، وحفظها. تُنظّم هذه الخطوات في “عقد” معيارية، كل منها يمكنه الاستحواذ على البيانات أو تحويلها أو تخزينها. يمكن للباحثين مزج هذه العقد وربطها لتوصيل أجهزة استشعار جديدة، وحساب مقاييس بسيطة مثل قوة الإشارة، أو تشغيل أجهزة أخرى، مع الحفاظ على استقرار واستجابة النظام.

التغذية الراجعة في الوقت الحقيقي والسلامة

هدف رئيسي للمِهاد هو إغلاق الحلقة بين الاستشعار والفعل. يمكن للبرنامج مراقبة الإشارات الواردة، وإجراء حسابات في الوقت الحقيقي، ثم إرسال تغذية راجعة مناسبة، مثل تحريك يد افتراضية أو تشغيل جهاز تحفيز دماغي. قاس المؤلفون زمن هذه الحلقات باستخدام سلسلة من اختبارات المِختبر. أظهروا أن المِهاد يمكنه اكتشاف تغير والرد خلال أقل من ميلي ثانية داخل البرنامج، وفي حدود ميلي ثانية واحدة عند احتساب بطاقات اقتناء البيانات الشائعة. يساعد الاستخدام الدقيق لأدوات الاتصال الحديثة النظام على اكتشاف الأخطاء، وتجنب فقدان البيانات، واسترجاع معظم المعلومات حتى إذا توقّف أحد عمليات الحاسوب فجأة.

إثبات الدقة في المختبر وغرفة العمليات

تحقق الفريق من أن المِهاد يحافظ على محاذاة تيارات البيانات المختلفة من خلال بناء دوائر اختبار بسيطة ودمجها مع قفازات تتبع الحركة وكاميرات. عندما تم تحرير زر، تطابقت زيادة الجهد، وحركة الإصبع المسجلة، وتغير ضوء LED جميعها ضمن بضعة أجزاء من الألف من الثانية. كما وضعوا النظام تحت ضغط بزيادة معدلات إطارات الفيديو وحساب ملخّصات تفصيلية للإشارات الدماغية، فوجدوا أن التزامن ظل متماسكاً حتى مع زيادة عبء العمل. أخيراً، أخذوا المِهاد إلى غرفة العمليات لمرضى يخضعون لجراحة تحفيز الدماغ العميق. هناك، سجّل البرنامج حركات يد دقيقة جنبًا إلى جنب مع إشارات من أقطاب في منطقة دماغية عميقة مرتبطة بالحركة، كاشفاً عن الانخفاض المتوقع في بعض الأنماط الإيقاعية أثناء تحريك المرضى لأيديهم.

ما يعنيه هذا للرعاية والبحث

من منظور غير متخصص، يعمل المِهاد كقائد أوركسترا شديد الدقة، يحافظ على تزامن العديد من “الآلات” الطبية بحيث يمكن رؤية تفاعلات الدماغ والجسم المعقدة بوضوح بدل الاعتماد على التخمين لاحقًا. وبما أنه يبني على معدات المستشفى الموجودة، ومفتوح المصدر، وقد اختُبر في المختبر وفي عمليات حقيقية، فإنه يخفض عتبة إجراء تجارب غنية ومستندة إلى البيانات في البيئات السريرية. مع مرور الوقت، قد تدعم مثل هذه الرؤى المتزامنة لإشارات الدماغ والسلوك واجهات عصبية وعلاجات أكثر تكييفًا مع كل مريض، مما يسهل ضبط العلاجات لكل فرد دون إضافة مخاطر أو أعباء في غرفة العمليات.

الاستشهاد: Haggerty, J., Qureshi, Q., Gabriel, E.D. et al. Thalamus: a real-time system for synchronized, closed-loop multimodal behavioral and electrophysiological data capture. Commun Eng 5, 93 (2026). https://doi.org/10.1038/s44172-026-00646-z

الكلمات المفتاحية: علم الأعصاب متعدد الوسائط, واجهة حاسوب-دماغ, التقاط بيانات جراحة الأعصاب, تسجيل عصبي في الوقت الحقيقي, تنبيه عصبي مغلق الحلقة