ابتكار ثوري.. خلايا عصبية اصطناعية رقمية تحاكي بمرونة وظائف الدماغ البشري المتعددة

تمكن فريق دولي من الباحثين من تحقيق اختراق علمي مهم، بابتكار خلية عصبية اصطناعية قادرة على محاكاة أجزاء مختلفة ومتنوعة من الدماغ البشري، وهذا الإنجاز يمهد الطريق بشكل كبير أمام تطوير جيل جديد من الروبوتات القادرة على استشعار العالم الخارجي والتفاعل معه بذكاء يشبه البشر. 

الدراسة الرائدة، التي نُشرت في دورية "نيتشر كومينيكيشن" المرموقة، قادها باحثون من جامعة لوبورو في المملكة المتحدة بالتعاون مع أكاديميين من معهد سالك وجامعة جنوب كاليفورنيا في الولايات المتحدة. 

أظهرت النتائج أن هذه الخلية العصبية الاصطناعية، التي أُطلق عليها اسم "الخلايا العصبية العابرة"، يمكنها التبديل بين وظائف خلايا الدماغ المشاركة في الإبصار والتخطيط المعقد والحركة البدنية، محققة مرونة وظيفية كانت تعتبر سابقًا حكرًا على الدماغ البشري البيولوجي المعقد.

حوسبة عصبية

تستند هذه الخلايا العصبية الاصطناعية المبتكرة إلى دوائر إلكترونية دقيقة متقدمة، مصممة خصيصًا لمحاكاة الطريقة التي تتواصل بها خلايا الدماغ الطبيعية مع بعضها البعض، وهي بذلك تشكل أساسًا صلبًا للحوسبة العصبية الشكلية. 

تهدف الحوسبة العصبية الشكلية إلى نقل الذكاء المعرفي والقدرة على التعلم والتكيف الشبيه بالبشر مباشرة إلى الآلات والأجهزة الذكية، ورغم التقدم العلمي الكبير الذي تحقق، لا تزال الخلايا الاصطناعية التقليدية تقتصر على أداء مهام محددة مسبقًا. 

يتطلب محاكاة وظائف الدماغ البسيطة دمج الآلاف من هذه الخلايا في شبكات، وهو ما يستهلك طاقة كهربائية كبيرة جدًا مقارنة بالكفاءة العالية التي يعمل بها الدماغ البشري، الذي يتميز بقدرته الفائقة على التكيف واستخدام الطاقة بشكل اقتصادي.

اختبر الباحثون بدقة عالية مدى محاكاة الخلية العصبية الجديدة لسلوك الدماغ الطبيعي، عن طريق تغذيتها بإشارات كهربائية محددة وقياس النبضات الناتجة عنها، ثم قاموا بمقارنة هذه النبضات الاصطناعية بالنبضات الكهربائية المسجلة من خلايا دماغية حقيقية لقرود المكاك، وهي قردة تتمتع بخصائص عصبية قريبة من البشر، وكان التركيز في التجارب على ثلاث مناطق دماغية رئيسية مسؤولة عن معالجة المدخلات البصرية والتحكم الدقيق في الحركة والاستعداد لتنفيذ فعل ما.

سلوك النبضات

لاحظ الفريق البحثي أن الخلية العصبية العابرة تمكنت من إعادة إنتاج سلوك النبضات الكهربائية الخاصة بكل منطقة دماغية على حدة، وحققت هذه المحاكاة دقة تراوحت بين 70% و 100% في مختلف الوظائف التي تم اختبارها. 

تُستمد المرونة الاستثنائية لهذه الخلايا من مكون نانوي دقيق يسمى "المقاومة الذاكرية"، وهو مكون يتغير فيزيائيًا بشكل تلقائي عند مرور التيار الكهربائي عبره، ما يسمح للخلية بتذكر الإشارات الكهربائية السابقة التي مرت بها.

تساعد هذه الذاكرة القصيرة المدى الخلية على تعديل استجابتها اللاحقة للإشارات الجديدة، تمامًا كما تفعل الخلايا العصبية الطبيعية في الدماغ البشري، ويمكن ضبط هذه الخلية العصبية الجديدة لتتصرف كأجزاء مختلفة تمامًا من الدماغ دون الحاجة إلى أي تحكم برمجي أو تغيير في الكود المصدري لها. 

هذا التطور المذهل يفتح الباب واسعًا أمام تطوير شرائح إلكترونية أكثر تعقيدًا وتكاملًا، تكون قادرة على الإدراك والتكيف والتعلم الذاتي والتحكم الفعال في المهام، بأسلوب يحاكي الكائنات الحية.

أنظمة حسية

يؤكد الباحثون أن التحدي والخطوة التالية في هذا المشروع الطموح يتمثل في إنشاء ما يُطلق عليه "قشرة دماغية على شريحة"، وذلك من خلال دمج العديد من هذه الخلايا العصبية العابرة في شبكات مترابطة ومعقدة. 

الهدف النهائي هو تطوير أنظمة حسية وروبوتات متقدمة تكون أكثر شبهاً بالإنسان في قدراتها على الفهم والتفاعل، مع استهلاك أقل بكثير للطاقة، وقدرة أعلى بكثير على التكيف مع مختلف التغيرات البيئية المحيطة، مثل الضغط الميكانيكي ودرجة الحرارة.