تطوير منظم ضربات قلب يعمل مع الشبكات العصبية الاصطناعية

عندما لا يستطيع القلب تأدية مهامه، يأتي العلم بحل جهاز تنظيم ضربات القلب الاصطناعي، وهو جهاز طبي يولد نبضات كهربائية. للمساعدة في الحفاظ على معدل ضربات قلب مناسب، وحجمه صغير يُوضع تحت الجلد في منطقة الصدر، ويتطلَّب زرعه إجراءً جراحيًّا.
ونجح فريق مشروع CResPace بقيادة جامعة باث بالمملكة المتحدة في تطوير جهاز تنظيم ضربات القلب الجديد. الذي يعمل جنبًا إلى جنب مع الشبكات العصبية الاصطناعية الصغيرة للتكيف بشكل أفضل مع متطلبات الجسم.
الأجهزة التقليدية
منذ أول عملية زرع إكلينيكية لهذا النوع من الأجهزة في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي، تم تصنيع أجهزة تنظيم ضربات القلب الاصطناعية. لتحسين العديد من حالات القلب التي تتسبب في خفقانه بشكل غير طبيعي وتأتي بدرجات متفاوتة. في حين أن العديد من أجهزة تنظيم ضربات القلب اليوم رائعة لعلاج العديد من أشكال عدم انتظام ضربات القلب. لكن لا تزال هناك قيود عندما يتعلق الأمر بدعم المرضى الذين يعانون من حالات أخرى مثل "قصور القلب"، وهو عندما لا يضخ القلب على الوجه الأكمل. والسبب هو أن أجهزة تنظيم ضربات القلب اليوم تعتمد على مستشعرات النشاط (تسمى مقاييس التسارع) لاكتشاف حركة جسم المريض.
ومع ذلك، غالبًا ما لا تكون هذه المستشعرات متطورة بما يكفي لتوفير تغيير تلقائي في الوقت الفعلي لمعدل ضربات قلب مرتديها.
على سبيل المثال، هذا يختلف حسب معدل التنفس؛ أجهزة تنظيم ضربات القلب الموجودة ليست حساسة بما يكفي لمراقبة ومعالجة نشاط معين في الدماغ. مرتبط بالتحكم في معدل ضربات القلب، ومن ثم، يمكن للمريض أن يمارس الرياضة على دراجة. لكن منظم ضربات القلب يسجل أن هذا الشخص في حالة راحة بسبب عدم معالجة إشارات معينة.
يفشل القلب عندما تتدهور دائرة عصبية معينة في قاعدة الدماغ مع تقدم العمر. أو المرض وتفشل في إرسال الإشارات الصحيحة لجعل القلب يضخ بشكل صحيح.
التقنية الجديدة
للتغلب على المشكلات الموجودة في التقنية القديمة، طور مشروع CResPace، الجهاز الجديد بتمويل من الاتحاد الأوروبي. وهو يعمل وفقًا لتقنية تُعيد مزامنة القلب من خلال تطبيق منظم ضربات القلب الذكي. الذي تدعمه الخلايا العصبية الاصطناعية – ويعرف أيضًا باسم "رقائق الدماغ" الصغيرة.
تحاكي التقنية الجديدة وظيفة الدوائر العصبية النخاعية الموجودة في قاعدة الدماغ. والتي تنظم وظيفة القلب من خلال الاستجابة للتغيرات في التغذية الراجعة الفسيولوجية.
هذه الدوائر، المعروفة باسم مولدات الأنماط المركزية (CPGs)، عبارة عن شبكات عصبية صغيرة تتحكم في التنفس ومعدل ضربات القلب، والتنسيق بين العضلات المسؤولة عن البلع.
تُمكّن هذه الخلايا العصبية الإلكترونية جهاز تنظيم ضربات القلب من التكيف بشكل طبيعي أكثر مع متطلبات الجسم (الجري والمشي والجلوس وما إلى ذلك). عن طريق استقبال ونقل الإشارات الكهربائية الفسيولوجية المتعلقة بضغط الدم ومستويات الأكسجين في الدم.
ونجح الفريق العلمي المسؤول عن التقنية الجديدة في تجريب الجهاز الجديد على الحيوانات. بينما يهدف الفريق إلى الانتقال نحو التجارب السريرية مع البشر. والتي يمكن الاقتراب منها من تيارات مختلفة، مثل تكييف التكنولوجيا الجديدة مع أجهزة تنظيم ضربات القلب الحالية.
وتتمتع الخلايا العصبية الاصطناعية التي طورها فريق CResPace بإمكانية أوسع لعلاج الأمراض التنكسية العصبية (مثل الزهايمر). أو مساعدة المرضى على التغلب على الشلل عن طريق استعادة دوائر الدماغ الفاشلة. بل يمكن استخدامه كأساس لدراسة إمكانيات التحكم المباشر في أجهزة الكمبيوتر من خلال قوة الفكر.