אבל יצירת קשר אלקטרוני ארוך טווח עם המוח היא מסובכת. אלקטרודות מיקרו-חוטים וסיליקון קונבנציונליות נוקשות הרבה יותר מרקמת מוח רכה. הבדלים בתכונות מכניות עלולים לגרום לנזק לרקמות הקשורות למיקרו-תנועה, דלקת והיווצרות צלקת גליה. מסיבה זו, החוקרים עוברים מאלקטרודות קשיחות לכיוון ממשקים ביו-היברידיים גמישים, ביומימטיים. גישות חדשות יותר אלו שואפות להפחית את חוסר ההתאמה המכאנית והביולוגית בין מכשירים מושתלים לרקמות עצביות תוך שמירה על היכולת לתעד ולעורר פעילות עצבית.
אחד היישומים הישירים ביותר של ICMS הוא יצירת חוויות חושיות מלאכותיות. כאשר אלקטרודות מעוררות את הקורטקס הסומטוסנסורי הראשוני, אנשים יכולים לתפוס תחושות מקומיות כגון מגע או עקצוץ. גישות עדכניות יותר משתמשות במספר אלקטרודות ובדפוסי גירוי מרחבי-זמניים שעוצבו בקפידה כדי לספק מידע עשיר יותר, כולל קצוות מישוש, עקמומיות ותנועה לכאורה. מחקרים אנושיים הראו שגירוי מעוצב כזה יכול לשפר את יכולת השליטה והמבנה של מגע מלאכותי, למרות שהוא עדיין לא משחזר במלואו את המורכבות של אותות מישוש טבעיים.
ICMS יכול לשמש גם בקליפת הראייה. גירוי של קליפת הראייה הראשונית יכול לייצר פוספינים – כתמים או קווי אור נתפסים – וגירוי מתואם בקפידה על פני אלקטרודות מרובות יכול ליצור צורות ואותיות ניתנות לזיהוי. ניסויים במשתתפים עיוורים הדגימו דפוסים ויזואליים דו-מימדיים פשוטים ומשימות לוקליזציה של אובייקטים.
תוצאות אלו מצביעות על כך ש-ICMS עובר מעבר לייצור תחושה מלאכותית אחת לכיוון בניית מידע חושי מובנה. עם זאת, החוקרים מציינים שמחקרי תותבות חזותיות עדכניים נותרו מוגבלים לצורות פשוטות יחסית, אותיות ומשימות לוקליזציה. חיזוי תגובות פוספן, קביעת שילובי אלקטרודות יעילים ושמירה על גירוי יציב לאורך תקופות ארוכות נותרו אתגרים גדולים.
תובנה חשובה נוספת מהסקירה היא שבעלי חיים יכולים ללמוד לפרש דפוסי גירוי מלאכותיים ולהשתמש בהם כדי להנחות התנהגות. זה מצביע על כך שהמוח עשוי ללמוד את המשמעות של אות עצבי מלאכותי במקום לדרוש שהאות יחקה בדיוק פעילות חושית טבעית. אסטרטגיה כזו יכולה לספק גמישות רבה יותר עבור BCI דו-כיווני עתידי, שבו מערכות אלקטרוניות מחליפות מידע ללא הרף עם המוח.
הסקירה בוחנת גם אפשרות שאפתנית יותר: שימוש ב-ICMS לא רק כדי ליצור תחושה מיידית, אלא כדי לשנות את אופן הפעולה של מעגלים עצביים לאורך תקופות ארוכות יותר. גירוי חוזר או מתוזמן מדויק יכול לגרום לשינויים דמויי פלסטיות ברשתות קליפת המוח. החוקרים דנים במחקרים שבהם גירוי זוגי או תלוי פעילות שינה את הקישוריות התפקודית בין אזורי קליפת המוח. בפרדיגמה אחת בלולאה סגורה, נעשה שימוש בפעילות עצבית ספונטנית בקליפת המוח המוטורית כדי לעורר גירוי של הקורטקס הסומטו-סנסורי עם עיכוב מבוקר. גירוי תואם זמני זה שיפר את הצימוד הבין-קורטיקלי והיה קשור להחלמה מוטורית משופרת במודל של פגיעה מוחית של חולדה.
עם זאת, המחברים מדגישים כי יישומים אלה נותרו ניסיוניים במידה רבה. סמנים ביולוגיים אמינים, פרמטרי גירוי הניתנים לשחזור, בטיחות השתלה ויתרונות טיפוליים עמידים כולם דורשים אימות נוסף לפני תרגום קליני.
החוקרים גם מדגישים כיוון מבטיח שיכול להרחיב את ה-ICMS מעבר למשוב חושי מלאכותי ואפונון מעגלים: ממשקים עצביים ביו-היברידיים (BNI). אלקטרודות עצביות קונבנציונליות עשויות מחומרים מלאכותיים השונים באופן מהותי מהרקמה הביולוגית הרכה של המוח. לאורך זמן, אי התאמה זו יכולה לתרום לנזק לרקמות, לדלקת ולירידה בביצועי הממשק.
אלקטרודות גמישות יכולות להפחית חלק מהבעיות הללו, אך הן אינן יכולות להתגבר לחלוטין על המחסום הביולוגי בין מכשירים מושתלים לבין רקמה עצבית חיה.
BNIs לוקחים צעד נוסף על ידי שילוב רכיבים ביולוגיים חיים, כגון תאי גזע עצביים, תאי אבות עצביים ותאים עצביים אחרים, בממשקים עצביים. גישות אלו שואפות לשפר את שילוב הרקמות ועשויות לאפשר לרקמה עצבית חיה להשתתף בהעברת אותות. עיצובים מתקדמים יותר יכולים גם להנחות את צמיחת האקסונים, וליצור קשרים בין רקמה ביולוגית למכשירים אלקטרוניים. הפוטנציאל של BNIs עשוי להתרחב מעבר לשיפור ביצועי האלקטרודות ועד לתיקון מעגלים עצביים פגומים.
יחד, התפתחויות אלה מצביעות על עתיד שבו ממשקים עצביים יכולים לשלב אלקטרוניקה, תאים חיים ורקמות עצביות כדי לתמוך בגירוי ארוך טווח, אינטגרציה עצבית ותיקון עצבי. למרות ההתקדמות המהירה, הסקירה מדגישה ש-ICMS לא הייתה טכנולוגיית Plug-and-Play. ביצועים לטווח ארוך תלויים ביציבות של אלקטרודות מושתלות, בעוד שהשפעות הגירוי יכולות להשתנות בין אנשים ויכולות להשתנות עם הזמן.
לכן החוקרים קוראים להתקדמות מתואמת בתכנון אלקטרודות, קידוד גירוי, כיול בלולאה סגורה והערכת בטיחות. מחקרים עתידיים צריכים לכלול מעקב ארוך יותר, אימות בין מינים, הערכות בטיחות סטנדרטיות ותוצאות התנהגותיות ורשתות עצביות שניתן לשחזר.
במקום להחליף טכנולוגיות נוירומודולציה קיימות, ICMS עשוי להפוך בסופו של דבר לכלי משלים המציע שליטה עדינה הרבה יותר על אוכלוסיות עצביות מקומיות. הפוטנציאל לטווח הארוך שלו יכול להיות בחיבור של כמה יכולות: אספקת מידע חושי מלאכותי, מתן אפשרות למוח ללמוד ערוצי מידע חדשים, עיצוב מחדש של מעגלים לא מתפקדים ושילוב מכשירים אלקטרוניים באופן טבעי יותר עם רקמה עצבית חיה.
כפי שמסיקים מחברי הסקירה, תרגום ICMS ממיקרו-גירוי ניסיוני למערכות BCI עמידות ידרוש התקדמות לא בטכנולוגיה אחת, אלא על פני אמינות ממשק, קידוד גירוי, בקרת לולאה סגורה, בטיחות ואינטגרציה ביו-היברידית.
מחברי המאמר כוללים את Pengfei Hu, Chong Chen, Yunliang Zang, Xiaohong Li ודונג מינג.
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית המפתח הלאומית למחקר ופיתוח של סין (2023YFF1204200), התוכנית העיקרית של הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (T2596044), והקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82571593).
