ضرب الكتب: هل يمكننا دفع أدمغتنا إلى عيش حياة أكثر صحة؟

دأثبتت علاجات Eep Brain Stimulation أنها خيار علاجي لا يقدر بثمن للمرضى الذين يعانون من أمراض موهنة مثل مرض باركنسون. ومع ذلك ، فإنها – وتقنيتها الشقيقة ، واجهات كمبيوتر الدماغ – تعاني حاليًا من عيب خطير: الأقطاب التي تحول نبضات الإلكترون إلى إشارات كهربائية بيولوجية لا تتوافق بشكل جيد مع أنسجة المخ المحيطة. وهذا هو المكان الذي يأتي فيه الأشخاص الذين يرتدون معاطف المختبر ويحملون الحبار! في نحن كهربائيون: خلال 200 عام من البحث عن الكود الكهربائي الحيوي لأجسامنا ، وما يحمله المستقبلو تتعمق الكاتبة سالي أدي في قرنين من البحث في فرع من الاكتشافات العلمية يُساء فهمه في كثير من الأحيان ، ويوجه القراء من الأعمال الرائدة لأليساندرو فولتا إلى التطبيقات المنقذة للحياة التي قد تصبح ممكنة بمجرد أن يتعلم الأطباء التواصل مباشرة مع خلايا أجسامنا.

مقتبس من نحن كهربائيون: خلال 200 عام من البحث عن الكود الكهربائي الحيوي لأجسامنا ، وما يحمله المستقبل بواسطة سالي أدي. حقوق النشر © 2023. متاح من Hachette Books ، وهو بصمة لمجموعة Hachette Book Group ، Inc.

فقدت في الترجمة

قال بيتينجر: “هناك عدم تناسق أساسي بين الأجهزة التي تحرك اقتصاد المعلومات لدينا والأنسجة في الجهاز العصبي”. الحافة في عام 2018. “يستخدم هاتفك الخلوي وجهاز الكمبيوتر الإلكترونات ويمررها ذهابًا وإيابًا كوحدة أساسية للمعلومات. على الرغم من ذلك ، تستخدم الخلايا العصبية أيونات مثل الصوديوم والبوتاسيوم. هذا مهم لأنه ، لإجراء تشبيه بسيط ، هذا يعني أنك بحاجة إلى ترجمة اللغة “.

يوضح كيب لودفيج: “أحد الأسماء الخاطئة في المجال هو أنني أضخ التيار عبر هذه الأقطاب الكهربائية”. “ليس إذا كنت أفعل ذلك بشكل صحيح ، فأنا لا أفعل ذلك.” الإلكترونات التي تنتقل عبر سلك بلاتينيوم أو تيتانيوم إلى الغرسة لا تصل أبدًا إلى أنسجة دماغك. بدلاً من ذلك ، يصطفون على القطب. ينتج عن هذا شحنة سالبة تسحب الأيونات من الخلايا العصبية المحيطة بها. يقول لودفيج: “إذا سحبت ما يكفي من الأيونات بعيدًا عن الأنسجة ، فإنني أتسبب في فتح قنوات أيونية ذات جهد كهربائي”. هذا يمكن – ولكن ليس دائمًا – أن يجعل حريق الأعصاب جهدًا محتملًا. احصل على الأعصاب لاطلاق النار. هذا كل شيء – هذه هي حركتك الوحيدة.

قد يبدو الأمر غير منطقي: يعمل الجهاز العصبي على إمكانات الفعل ، فلماذا لا يعمل لمجرد محاولة كتابة إمكانات الفعل الخاصة بنا فوق إمكانات الدماغ؟ يقول لودفيج إن المشكلة تكمن في أن محاولاتنا لكتابة إمكانات الفعل يمكن أن تكون خرقاء بشكل لا يصدق. إنهم لا يفعلون دائمًا ما نعتقد أنهم يفعلونه. لسبب واحد ، أدواتنا ليست دقيقة بدرجة كافية لتصل فقط إلى الخلايا العصبية الدقيقة التي نحاول تحفيزها. لذا فإن الغرسة تقع في منتصف مجموعة من الخلايا المختلفة ، تجتاح وتنشط الخلايا العصبية غير المرتبطة بمجالها الكهربائي. تذكر كيف قلت أن الخلايا الدبقية كانت تُعتبر تقليديًا طاقم حراسة الدماغ؟ حسنًا ، ظهر مؤخرًا أنهم يقومون أيضًا ببعض معالجة المعلومات – وستطلقهم أقطابنا الكهربائية الخرقاء أيضًا ، لتأثيرات غير معروفة. يقول لودفيج: “الأمر أشبه بسحب سدادة حوض الاستحمام الخاص بك ومحاولة تحريك واحد من ثلاثة قوارب لعب في مياه الاستحمام”. وحتى إذا تمكنا من ضرب الخلايا العصبية التي نحاول القيام بها ، فليس هناك ما يضمن أن التحفيز يضربها في المكان الصحيح.

لإدخال المستحضرات الكهربائية إلى الطب ، نحتاج حقًا إلى تقنيات أفضل للتحدث إلى الخلايا. إذا كان حاجز اللغة من الإلكترون إلى الأيونات يمثل عقبة أمام التحدث إلى الخلايا العصبية ، فهو أمر غير مبدئي مطلق للخلايا التي لا تستخدم إمكانات الفعل ، مثل تلك التي نحاول استهدافها من خلال التدخلات الكهربائية من الجيل التالي ، بما في ذلك خلايا الجلد وخلايا العظام والباقي. إذا أردنا التحكم في جهد غشاء الخلايا السرطانية لإعادتها إلى السلوك الطبيعي ؛ إذا أردنا دفع تيار الجرح في الجلد أو خلايا العظام ؛ إذا أردنا التحكم في مصير الخلية الجذعية – لا يمكن تحقيق أي شيء من خلال أداتنا الوحيدة والوحيدة لجعل حريق العصب جهد فعل. نحن بحاجة إلى مجموعة أدوات أكبر. لحسن الحظ ، هذا هو الهدف لمنطقة بحث سريعة النمو تتطلع إلى صنع أجهزة وعناصر حاسوبية وأسلاك يمكنها التحدث إلى الأيونات بلغتها الأصلية.

تعمل عدة مجموعات بحثية على “التوصيل المختلط” ، وهو مشروع هدفه الأجهزة التي يمكنها التحدث عن الكهرباء الحيوية. وهي تعتمد بشكل كبير على المواد البلاستيكية والبوليمرات المتقدمة ذات الأسماء الطويلة التي غالبًا ما تتضمن علامات الترقيم والأرقام. إذا كان الهدف هو قطب كهربائي DBS يمكنك الاحتفاظ به في الدماغ لأكثر من عشر سنوات ، فستحتاج هذه المواد إلى التفاعل بأمان مع أنسجة الجسم الأصلية لفترة أطول بكثير مما هي عليه الآن. وهذا البحث لم ينته بعد. بدأ الناس يتساءلون بشكل مفهوم: لماذا لا نتخطى الرجل المتوسط ​​ونصنع هذه الأشياء بالفعل من مواد بيولوجية بدلاً من تصنيع البوليمرات؟ لماذا لا تتعلم كيف تفعل الطبيعة ذلك؟

لقد تم تجربته من قبل. في سبعينيات القرن الماضي ، كان هناك اهتمام كبير باستخدام المرجان لترقيع العظام بدلاً من الطعوم الذاتية. بدلاً من الجراحة المزدوجة المؤلمة لحصاد الأنسجة العظمية الضرورية من جزء مختلف من الجسم ، عملت غرسات المرجان كسقالة للسماح لخلايا العظام الجديدة في الجسم بالنمو وتشكيل العظم الجديد. المرجان هو موصل عظمي طبيعي ، مما يعني أن الخلايا العظمية الجديدة تنزلق عليه بسعادة وتجدها مكانًا مناسبًا للتكاثر. كما أنه قابل للتحلل البيولوجي: بعد نمو العظم عليه ، يتم امتصاص الشعاب المرجانية تدريجيًا ، واستقلابها ، ثم إفرازها بواسطة الجسم. نتج عن التحسينات المطردة بعض الاستجابات الالتهابية أو المضاعفات. يوجد الآن العديد من الشركات التي تقوم بزراعة الشعاب المرجانية المتخصصة في ترقيع وزراعة العظام.

بعد نجاح المرجان ، بدأ الناس في إلقاء نظرة فاحصة على المصادر البحرية للمواد الحيوية. يتطور هذا المجال الآن بسرعة – بفضل طرق المعالجة الجديدة التي جعلت من الممكن حصاد الكثير من المواد المفيدة مما كان في السابق مجرد نفايات بحرية ، شهد العقد الماضي عددًا متزايدًا من المواد الحيوية التي تنشأ من الكائنات البحرية. وتشمل هذه المصادر البديلة للجيلاتين (القواقع) والكولاجين (قنديل البحر) والكيراتين (الإسفنج) ، وهي مصادر بحرية وفيرة ومتوافقة حيوياً وقابلة للتحلل. وليس فقط داخل الجسم – فأحد أسباب زيادة الاهتمام بهذه الأشياء هو محاولة الابتعاد عن تلوث المواد البلاستيكية الاصطناعية.

بصرف النظر عن جميع الفوائد الأخرى للخداع المشتقة من البحر ، فهي أيضًا قادرة على إجراء تيار أيوني. كان هذا ما كان يفكر فيه ماركو رولاندي في عام 2010 عندما صنع هو وزملاؤه في جامعة واشنطن ترانزستورًا من قطعة من الحبار.