طور فريق بحثي من معهد طوكيو للتكنولوجيا (طوكيو تك) نوعا جديدا من الأقطاب العصبية المرنة ذات تصميم مبتكر، يُمكن أن «يؤدي إلى إحداث ثورة في كيفية إجراء تسجيلات تخطيط كهربية القشرة الدماغية (ECoG) والتحفيز العصبي المباشر».
ووفق نتائج الدراسة المنشورة (الخميس) في دورية «أدفانسد ماتيريال تكنولوجيز»، تتطابق هذه الأقطاب الكهربائية المتينة بدقة مع الخواص الميكانيكية لأنسجة المخ، مما يؤدي إلى «أداء أفضل أثناء تسجيلات تخطيط كهربية القشرة والتحفيز العصبي المستهدف». وتُظهر الأقطاب الكهربائية المرنة ذات الأغشية الرقيقة الموضوعة مباشرة على أنسجة المخ «نتائج (واعدة) في تشخيص وعلاج (الصرع)».
ويعد «قياس نشاط الدماغ» تقنية مفيدة لتشخيص الصرع وغيره من الاضطرابات العصبية والنفسية. ومن بين الأساليب العديدة المعتمدة، يعد «تخطيط كهربية الدماغ» (EEG) هو الأقل تدخلاً داخل الدماغ. وفي أثناء التسجيلات تُوضع عادة أقطاب كهربائية على فروة الرأس؛ إلا أن هذا يحدّ من دقة مخطط كهربية الدماغ، حيث يؤثر على الإشارات الكهربائية الآتية من الدماغ، مؤدياً إلى إضعافها وتشويهها عند وصولها إلى فروة الرأس.
في المقابل، يتضمن «تخطيط كهربية القشرة الدماغية» (ECoG) وضع أقطاب كهربائية عصبية مباشرة على سطح الدماغ. وكونها على اتصال وثيق بالمنطقة محل الاهتمام «توفر أقطابها تسجيلات أفضل لنشاط الدماغ». ومن الممكن أيضاً إرسال نبضات كهربائية من خلالها لتحفيز مجموعات محددة من الخلايا العصبية بهدف إدارة نوبات الصرع.
ومع ذلك فإن أقطاب تخطيط كهربية القشرة الدماغية التقليدية بها عيب، حيث لا تتطابق عادة مع الخواص الميكانيكية لأنسجة المخ وانحناءاتها، مما يؤدي إلى زيادة ضغط الدماغ وغيرها من الآثار الضارة. وعلى الرغم من أنه تم تطوير الأقطاب الكهربائية العصبية الناعمة للتخفيف من هذه المشكلة، فإنها «إما تفتقر للمتانة والقوة أو تتطلب عمليات تصنيع معقدة».
وتتكون الركيزة الأساسية من القطب المبتكر من طبقة رقيقة مصنوعة من مادة مرنة، كما يستخدم الباحثون طابعة نافثة للحبر لتصنيع أسلاك موصلة على القطب باستخدام حبر ذهبي نانوي. وأخيراً غطّوا الدائرة عن طريق تكديس طبقة أخرى من المادة المرنة كعازل، مع حفر قنوات صغيرة بالليزر كنقاط للقياس أو التحفيز الدماغي.
ومن خلال الاختبارات والمحاكاة الميكانيكية المكثفة. أثبت الباحثون أن «هذه الأقطاب الجديدة تتوافق بدقة مع شكل أنسجة المخ التي تحتوي على العديد من الحواف غير المنتظمة». ويعدّ تصميمها المباشر وعملية التصنيع ميزة كبيرة، إذ إنها تساعد على اعتماد الأقطاب المبتكرة على نطاق واسع في التطبيقات العملية.
وهو ما علق عليه الدكتور توشينوري فوجي، الذي قاد الدراسة، (الخميس)، قائلاً «هذه هي الدراسة الأولى التي تنتج مثل هذه الأقطاب الكهربائية والتي تعتمد على الإلكترونيات المطبوعة، وتتطابق بشكل وثيق مع الخواص الميكانيكية لأنسجة المخ».
وأجرى الفريق البحثي تجارب عدّة على نماذج من الفئران المختبرية المصابة بالصرع، وتمكنوا من «قياس الاستجابة العصبية بدقة في أدمغة هذه الفئران عندما تم تحفيز إحدى شعيراتها ميكانيكياً». كما تمكنوا أيضاً من «تصوير نشاط النوبات أثناء الصرع الناجم عن المواد الكيميائية».
ومن خلال تحفيز الحركة في شوارب وأذرع الفئران عبر نبضات كهربائية مرسلة عبر قنوات محددة، أثبت الباحثون أن الأقطاب الكهربائية المقترحة يمكنها أن «تحفز مناطق مختلفة من الدماغ». وتُسلط نتائج الدراسة الضوء على إمكانات الأقطاب الكهربائية العصبية ذات الأغشية الرقيقة المرنة في تشخيص وعلاج الصرع وأمراض الدماغ الأخرى.
ويشار إلى أن الأقطاب الكهربائية لم تسبّب أي التهاب أو آثار ضارة في أدمغة الفئران حتى بعد عدة أسابيع من إجراء التجارب، مما يسلط الضوء على توافقها مع الأنسجة البيولوجية.
ويخطط الباحثون لتحسين تصميمهم بشكل أكبر لجعله مناسباً للتطبيقات السريرية. وهنا أوضح فوجي، أن «دمج القطب الكهربائي ذي الأغشية الرقيقة مع جهاز قابل للزرع يمكن أن يجعله أقل تدخلاً وأكثر حساسية للنشاط الكهربائي غير الطبيعي للدماغ». وشدّد على أن «هذا من شأنه أن يتيح تحسين التشخيص والاستراتيجيات العلاجية لإدارة الصرع المستعصي».
