ظهرت فكرة «السايبورغ» لأول مرة في نهاية القرن التاسع عشر الميلادي، لتصف كائناً نصفه بشري ونصفه آلي. ومنذ ذلك الوقت، حفلت أدبيات الخيال العلمي بالبشر الذين يملكون قدرات خارقة تتجاوز قدرات البشر العاديين. وفي مطلع الستينيات الميلادية من القرن العشرين بشّر جوزف لكلدر ودوغلاس إنغلبارت، وهما من روَّاد علمي النفس والكمبيوتر، بإمكانية تطوير مستوى الذكاء البشري بفضل استغلال قدرة الحواسيب لدعم الدماغ في معالجة المعلومات. وبالفعل، لم يمر عقدان حتى ظهرت أول تقنية استعاضة عصبية في السوق، وهي زراعة القوقعة التي تمكن مئات الآلاف من الصم من سماع الآخرين والتفاعل معهم عبر أجهزة خارجية.

يتحدث المستقبليّون اليوم عن سيناريو أكثر إدهاشاً قد يتحوَّل إلى واقع خلال العقود المقبلة. ويتمثل بالقدرة على حفظ دماغك في جهاز تخزين خارجي لتعيد تحميله متى ما أردت، أو ربطه بالسحابة الإلكترونية حتى تصلك أخبارك المفضَّلة أولاً بأول دون الحاجة للبحث عنها. حينئذ لن تعود بحاجة لاستخدام وسائط تقنية لاستقبال المعلومات أو إرسالها. كما أن حواسك الأساسية ستبدو محدودة للغاية، فقد يصبح بمقدورك ارتداء نظارة تمكنك من رؤية ما وراء الجدران، أو سماعة أذن تمكنك من سماع كل محادثة تدور في مطعم مزدحم. تريد أن تتعلَّم لغة جديدة في دقائق؟ لا بأس، فقط أوصل هذه الشريحة بدماغك، عبر عملية سهلة لا تستغرق عدة دقائق، لتزيد من قدرتك على تذكر الكلمات والأحداث بدقة وعندها ستختار لغتك المفضَّلة وتضيفها إلى مخزونك. ولكن لنتوقف لحظة عن هذا الخيال «الطفولي»، كما يدَّعي البعض، ونتحقَّق مما لو كان أي من هذا ممكناً أساساً، وإلى أي مدى وصلت الأبحاث العلمية في مجال تعويض وتعزيز القدرات العقلية سواء الحسية أو الذهنية؟

يتألف الدماغ من 86 مليار خلية عصبية. كل خلية تستقبل وترسل نبضات كهروكيميائية إلى آلاف الخلايا الأخرى. ويؤلف مجموع النشاط في هذه الخلايا مخزون الذكريات والكلمات والعواطف إضافة إلى القدرة الحسية والذهنية. لا يمكن لنظام كبير وبالغ التعقيد بهذا الشكل أن يمضي دون مشكلات أو دون قيود. وهنا يأتي دور علم «الاستعاضة العصبية»، الذي يُعنى بالبحث في تطوير التقنيات التي تعوّض وظائف بيولوجية يقوم بها الدماغ البشري بشكل طبيعي. ومن المعلوم أن أحد أشهر أشكال الاستعاضة العصبية هو زراعة القوقعة، وهي عبارة عن جهاز يرتديه مئات الآلاف من الصم حول العالم يمكّنهم من تعويض هذه الحاسة إلى حد معقول ويعيد دمجهم في المجتمع.

ما هي مستويات «مار» الثلاثة؟
ولكن لماذا تعمل هذه الأجهزة؟ أو بعبارة أخرى، هل نجاح هذه الأجهزة يعني أننا فهمنا كيف يتحدث الدماغ وبالتالي استطعنا فك شيفرته والتحدث بلغته؟

هناك ثلاثة مستويات مختلفة ومتكاملة في أي نظام لمعالجة المعلومات، سواء أكان بيولوجياً أم صناعياً. فالمستوى الحسابي يُعنى بالغاية الكليّة من النظام أو المشكلة التي يسعى لحلها، والمستوى التمثيلي يتعلَّق بقدرة هذا النظام على حل المشكلة، وأخيراً المستوى التطبيقي الذي يهتم بالوسيط المادي الذي يمكّن من حل المشكلة.

اقترح ديفيد مار وتوماس باجيو، رائدا علم الأعصاب الحاسوبي، هذه المستويات الثلاثة للتعامل مع مشكلة البصر في أواسط السبعينيات حيث سلكا طريقاً جديداً يمكن فيه دراسة الدماغ دون الحاجة لمعرفة التفاصيل البيولوجية. فالبيولوجيا ليست سوى المستوى الأدنى لمعالجة المعلومات، ولكنها ليست ضرورية لحل المشكلة. فخوارزميات غوغل الرياضية المتقدِّمة التي تميِّز بين الصور، مبنية على المشكلة نفسها التي يواجهها نظامنا البصري، ولكنها تعمل على وسيط آخر تماماً. وباقتراح هذه المستويات الثلاثة، أصبح بالإمكان التفكير بنوعية المشكلات التي يعمل الدماغ على معالجتها دون الحاجة لربطها بفيزيولوجيا الخلايا العصبية. وحين يصبح لدينا تعريف لهذه المشكلات، يمكننا تطوير أنظمة حاسوبية تقوم بمعالجة المعلومات بطريقة مشابهة واستبدال الوسيط البيولوجي بوسيط إلكتروني يقوم بالدور نفسه.

هذا هو المبدأ المشترك في معظم تطبيقات الاستعاضة العصبية الحسّية، حيث توجد وحدة ما لمعالجة المعلومات وفق وصفة الدماغ لتعوض عن الحاسة المفقودة. فهناك وحدة خارجية تقوم بالتقاط البيانات، سواء البيانات الحسية (ككاميرا تلتقط الصور أو سماعة تلتقط الأصوات) أو النبضات الكهربائية من القشرة الحسية (كالنبضات المتعلِّقة بتحريك اليد للأعلى) وترسل هذه الوحدة البيانات إلى معالج يترجم هذه الإشارات، فالبيانات الحسيّة تُترجم إلى نبضات كهربائية تشبه نبضات الدماغ نفسه، وتكون موصولة بالعصب البصري أو العصب السمعي لمحاكاة المؤثر، والبيانات الملتقطة من القشرة الحسّية تُتَرجم إلى نبضات كهربائية تحفز أعصاب طرفية للقيام بحركة ما.

يستغرق تطوير هذه الأجهزة كثيراً من الوقت لأننا لا نعرف الطريقة التي يتحدث بها الدماغ، ولكننا نستطيع أن نخمِّن معنى مجموعة من النبضات حسب مكانها وتوقيتها وذلك عبر خوارزميات رياضية متقدِّمة.

التطبيقات الحديثة
الاستعاضة الحركية في مقدِّمتها
حالياً، هناك عديد من التطبيقات الواعدة لتعويض أو تحسين الحواس الأساسية. ففيما يخص البصر، أقرت هيئة الغذاء والدواء الأمريكية قبل عامين عملية زراعة الشبكية، وهي عملية جراحية يتم فيها زراعة رقائق إلكترونية صغيرة للغاية أمام الشبكية في العين. تحتوي هذه الرقائق على خلايا حساسة للضوء الساقط على العين، أو توصل، بشكل لاسلكي، بكاميرا يتم تثبيتها مكان العين. وترسل الخلايا الصناعية نبضات كهربائية إلى الدماغ عبر العصب البصري في الشبكية. وعلى الرغم من أن الطريق لاستعادة كامل البصر ما زال طويلاً، إلا أن النتائج المبدئية مشجِّعة حيث يستطيع الضرير أن يرى الضوء ويميز الأجسام عن بعضها بعضاً بجودة منخفضة.

أما فيما يخص السمع، فقد تم تطوير عدة أجهزة تعمل بالطريقة نفسها للاستعاضة عن فقدان السمع، مثل زراعة القوقعة الموجودة منذ أواخر السبعينيات. يمكّن هذا الجهاز الأصم من فهم الأصوات الطبيعية والبشرية وإن كان بجودة أقل عن جودة الأصوات عند الآخرين. وتقوم فكرته على تثبيت مايكروفون في أذن المستفيد، لينقل الأصوات إلى معالج داخلي يقوم بتقسيم الصوت حسب الترددات الطبيعية. ومن ثم وكما تعمل الأذن الطبيعية، تُنشط المناطق المستهدفة التي تستجيب للتردد في قوقعة الأذن، وبذلك يتم إرسال المعلومات إلى مناطق السمع في الدماغ.

والاستعاضة الحركية التي تهدف إلى استعادة القدرة على الحركة عند المصابين بالشلل الجزئي أو الكلي تشكِّل واحداً من أهم مجالات الاستعاضة. فعشرات المصابين بالشلل باتوا اليوم يتمتعون بالقدرة الجزئية على الحركة أو على تحريك أطراف صناعية بفضل أجهزة تتم زراعتها في القشرة الحركية بالدماغ، وتقوم بإرسال الإشارات المناسبة إلى الأطراف الصناعية (أو بتحفيز الأطراف الطبيعية) لأداء الحركة المطلوبة. وعلى الرغم من أن هذه التقنيات تستدعي عمليات جراحية، تُجرى حالياً لغرض الأبحاث، لزراعة الأجهزة داخل الجمجمة، إلَّا أن الباحثين تمكنوا حديثاً من استعاضة الحركة دون الحاجة لزراعة شرائح داخل الدماغ بل عبر أجهزة تقرأ النشاط الكهربائي العصبي من خارج الجمجمة وترسل الإشارات المناسبة للأطراف الصناعية.

وللقدرات الذهنية نصيبها
من التطوير
حتى الآن، يبدو أن مجال الاستعاضة العصبية محصور في الحواس والوظائف الأساسية من دون أن يكون للقدرات الذهنية كالذكاء والذاكرة نصيب، ولكن هذا غير صحيح بالكامل. فقبل سنوات قليلة بدأ البحث في مجال الاستعاضة الإدراكية التي تهدف إلى استعادة أو تحسين القدرات الذهنية، مثل الذاكرة عند مرضى الزهايمر.

ويدرس باحثون في جامعة جنوب كاليفورنيا تطوير شريحة إلكترونية صغيرة تقوم بدور الحصين في تخزين الذاكرة واستعادتها إضافة إلى التواصل مع أجزاء الدماغ الأخرى، مما سيشكِّل فتحاً جديداً في علاج الزهايمر. ولإنجاز هذه التجربة قام الفريق بتعطيل قدرة فئران التجارب على تكوين ذاكرة طويلة المدى باستخدام أدوية تستهدف الدوائر العصبية بين منطقتين داخل الحصين. لم تستطع الفئران تذكر أي الرافعات تستخدم لكي تحصل على المكافأة. وفيما بعد، بنى الفريق دوائر إلكترونية تشبه تركيب الدوائر العصبية بين هاتين المنطقتين وزرعوها في أدمغة الفئران لتتطور بعدها قدرة الفئران على تكوين ذاكرة طويلة المدى بشكل كبير. ويخطِّط هذا الفريق لتطوير شرائح إلكترونية تقوم بدور منطقة الحصين خلال السنوات المقبلة. وإن تم هذا الأمر بنجاح فسيكون فتحاً علمياً يجعل الزهايمر جزءاً من التاريخ.

وأجرى فريق آخر من الجامعة نفسها تجربة شبيهة لتعويض القدرة على اتخاذ القرارات (المتركزة في منطقة القشرة المخية الأمامية)، حيث درَّب الفريق خمسة قرود على التمييز بين مجموعة كبيرة من الصور لمدة طويلة. وأثناء هذه الممارسة سجّل أفراد الفريق النشاط العصبي في مناطق محدَّدة من القشرة الأمامية عبر حساسات صغيرة. وهنا طوروا خوارزمية معقَّدة لتحديد المناطق التي تنشط لأداء المهمة بنجاح. وفيما بعد أعطوا القردة مخدِّر الكوكايين لتعطيل قدرتها على أداء المهمة. ومن ثم جاء دور التحفيز العصبي، فنجحوا عبر تحفيز المناطق المستهدفة في القشرة الأمامية، في رفع قدرة القرود على التمييز بين الصور وبدرجة تفوق أداءهم الأصلي قبل تعاطي المخدر.

لا تتعلَّق تطبيقات الاستعاضة العصبية بالتعويض فحسب، بل يمكن استخدام النشاط العصبي في أداء أي مهمة أخرى. ومن هذا المنطلق هناك عديد من التطبيقات التي لا تقل أهمية عن تعويض وظائف معطوبة كاستخدام إشارات الدماغ في ألعاب الفيديو. فالخيال الحركي ينشِّط مناطق حركية في الدماغ تشبه المناطق نفسها التي تنشط أثناء أداء الحركة نفسها. بالتالي يمكن من خلال تحليل النشاط الكهربائي في هذه المناطق، معرفة الحركة التي يفكِّر بها الفرد. وهذه الفكرة ليست تنظيراً فحسب، بل منتجاً تجارياً. فقد طورت شركات مختلفة مثل «إيموتف سيستمز» و«نيرو سكاي» خوذات توضع على الرأس لتقرأ نشاط الدماغ (يمكن شراؤها من أمازون بـ 80 دولاراً فقط) واستخدامها في ألعاب فيديو حيث يمكن الاستغناء عن وحدة التحكم التقليدية أو استخدامها في تحريك طائرات الدرونز المنزلية في الهواء.

الاتصالات بين الأدمغة؟
يكمن أحد المجالات المستقبلية لتقنيات الاستعاضة العصبية في التواصل اللاسلكي بين دماغين، أي بتواصل الدماغ مع الدماغ (بدلاً من تواصل الدماغ مع الآلة). وتقوم فكرة الاتصال اللاسلكي على استخدام المبدأ نفسه في قراءة النشاط الكهربائي للدماغ المتزامن مع فكرة معيَّنة. ولكن، بدلاً من إرساله إلى أعضاء صناعية لأداء حركة معيَّنة، يتم إرساله إلى دماغ مستقبل يستطيع فك شيفرة النشاط والتفكير بالفكرة نفسها. وتركِّز تطبيقات الفكرة حالياً على نقل الحديث الصامت. وعلى الرغم من التحديات الجمّة، إلا أن فريقاً من جامعة ديوك استطاع، في مطلع 2013م، وصل دماغ فأرين إلكترونياً وأتاح لهما مشاركة المعلومات مباشرة. في السنة التالية، استطاع فريق آخر من تطبيق الفكرة نفسها على مجموعة أشخاص بين الهند وإسبانيا وفرنسا حيث تمكنوا من قول «أولا» (أهلاً بالإسبانية) عبر جهاز قارئ للنشاط الكهربائي في دماغ المرسل ومنشط عصبي في دماغ المستقبل والإنترنت كوسيط، وبهامش خطأ لا يزيد على %15.

المستقبل والتحديات
إلى أين يتجه مستقبل هذه الأبحاث؟
أنفقت داربا (وحدة البحوث المتقدِّمة في وزارة الدفاع الأمريكية) منذ 2006م ما يقارب 144 مليون دولار في أبحاث الاستعاضة العصبية. وقبل عامين فقط، أعلنت «داربا» عن منحة 40 مليون دولار لمشروع استعاضة عمل الذاكرة في الدماغ بأجهزة إلكترونية. وعلى الرغم من أن أهداف «داربا» هي عسكرية، إلا أنها ليست الجهة المستفيدة الوحيدة التي تستثمر في هذا المجال. فالشركات تستثمر اليوم في التكنولوجيا الملبوسة، التي تشكِّل تقنيات استعاضة وتحسين عمل الدماغ جانباً كبيراً منها. ولم يعد العلماء يسألون «هل يمكن أن نعوض عمل جزء من الدماغ بوسائط أخرى؟» بل متى وكيف؟. ولكن كل هذا الدعم السخي لا يعني أنه سيصبح بمقدورك وصل دماغك بشريحة إلكترونية لتصبح في اليوم التالي قادراً على الحديث بـ 40 لغة. إذ تقف مجموعة من التحديات العلمية والتقنية والفلسفية أمام إنجاز هذا الأمر.

تتلخص التحديات العلمية في مدى دقة المستويات الثلاثة التي اقترحها ديفيد مار وتوماس باجيو. أو إلى أي حد يمكن تجريد وفصل مبادئ معالجة المعلومات في الدماغ عن النشاط الفسيولوجي للأعصاب أو المكوّنات الجينية؟ فهناك أمثلة عديدة يرتبط فيها وجود مجموعة من الجينات مع أنماط محددة للنشاط العصبي، أو يتزامن فيها نشاط مستقبلات كيميائية مع حالات نفسية معيّنة. كيف يمكن في هذا السياق فصل مبادئ معالجة المعلومات عن الوسيط المادي الذي يتم فيه النشاط؟ أما التحديات التقنية فتتلخَّص في مدى كفاءة هذه الأجهزة للعمل جنباً إلى جنب مع الأعصاب السليمة. فالحساسات موصولة مباشرة بالأعصاب، ولذلك يجب أن تكون نظيفة تماماً ومتوافقة تماماً مع البيئة البيولوجية داخل الدماغ. والأمر الآخر هو أن حجم هذه الوحدات يجب ألَّا يتجاوز حداً معيناً حتى لا يضغط على الخلايا الأخرى، إضافة إلى اعتبارات أخرى مثل كفاءة استهلاك الطاقة وما إلى ذلك.

كل هذه الاعتبارات علمية، وقد لا يهتم بها سوى العلماء والمهندسين. ولكن هناك أيضاً أسئلة فلسفية وأخلاقية تهم سائر أفراد المجتمع، فإلى أي حد يمكننا أن نسمح باستعاضة وظائف الدماغ بما لا يلغي وعي الفرد وهويته؟ إن الحدود الطبيعية في نهاية الأمر هي جزء مما يكوّن خبراتنا ورؤيتنا لأنفسنا وللعالم من حولنا. والأهم، هل يمكننا الحد من استغلال هذه التقنيات لأغراض، قد لا تكون نبيلة، تخدم مصلحة الأقوياء خصوصاً حينما نأخذ بالاعتبار أن أبرز داعمي هذا المجال هي وحدة بحوث عسكرية، ومع وتيرة الدعم الكبيرة هذه، قد تحوّل هذه التقنيات من طبيعة الحروب وموازين القوى تماماً.

قد لا يكون الوقت ملائماً بعد لحفظ دماغك في وحدة تخزين خارجية لتحميله في دماغ شخص آخر أو ربطه بموسوعة ويكيبيديا ومحرك غوغل وموقع فيسبوك، لكن المؤكد أن الوقت ملائم للتفكير جدياً باليوم الذي تتغير فيه، وبشكل جذري، الطريقة التي ندرك بها العالم من حولنا.