Stimulation-Stability and Preclinical Bench Testing of a New Auditory Nerve Interface

بالنسبة لملايين الأشخاص الذين يعيشون مع فقدان سمع عميق، يمثل الوعد الذي تقدمه زراعة القوقعة شريان حياة. هذه الأجهزة، التي تُسمى غالباً أكثر تقنيات الواجهة العصبية نجاحاً على الإطلاق، تتجاوز الأجزاء التالفة من الأذن لإرسال إشارات كهربائية مباشرة إلى العصب السمعي، مما يسمح للدماغ بإدراك الصوت. ومع ذلك، ورغم كل نجاحاتها، فإن لهذه الغرسات سقفاً؛ فبينما تعيد القدرة على سماع الكلام في الغرف الهادئة، غالباً ما تتدنى التجربة عندما يرتفع ضجيج الخلفية أو عند محاولة الاستمتاع بتفاصيل الموسيقى. ينبع هذا القصور من طريقة عمل هذه الأجهزة: فهي تستقر داخل القشرة العظمية للأذن الداخلية ويجب عليها دفع التيار الكهربائي عبر تلك العظمة الصلبة للوصول إلى العصب. الأمر يشبه محاولة التحدث إلى شخص ما من خلال جدار سميك؛ حيث تنتشر الإشارة، مما يجعل من الصعب استهداف ألياف عصبية محددة بدقة.

ولكسر هذا الحاجز، يعمل الباحثون على تطوير نوع جديد من الأجهزة التعويضية للسمع لا يعتمد على دفع التيار عبر العظام. بدلاً من ذلك، يتضمن هذا النهج الجديد مصفوفة صغيرة من الإبر المجهرية التي تخترق العصب السمعي جسدياً. ومن خلال وضع الأقطاب الكهربائية مباشرة داخل نسيج العصب، يهدف الجهاز إلى تحفيز الألياف العصبية الفردية بدقة جراحية، مما قد يفتح الباب أمام القدرة على سماع الأصوات المعقدة والكلام في البيئات الصاخبة. ولكن قبل أن يمكن اختبار مثل هذا الجهاز الدقيق في البشر، يجب أن يثبت قدرته على الصمود في البيئة القاسية لجسم الإنسان لسنوات دون فشل. يجب أن يظل الجهاز مستقراً أثناء جلوسه في السوائل وأثناء إطلاق مليارات النبضات الكهربائية، وهو مطلب يستلزم اختبارات صارمة قبل إشراك أي مريض في العملية.

قام فريق من المهندسين والعلماء مؤخراً باختبار نسخة جديدة من هذه الواجهة العصبية المخترقة عبر سلسلة من الاختبارات المخبرية المصممة لمحاكاة سنوات من الاستخدام في غضون أسابيع قليلة. يتكون الجهاز، وهو ثمرة تعاون بين عدة جامعات وشركات تكنولوجيا طبية، من شريحة سيليكون صغيرة تحمل خمسة عشر وتداً مجهرياً، تُعرف باسم "الأشانك" (shanks)، وكل منها مزود بقطب كهربائي معدني. تم تصميم هذه الوصلات ليتم إدخالها في العصب السمعي، الذي يبلغ عرضُه تقريباً عرض شعرة الإنسان. ترتبط الشريحة بسلك ملفوف ومرن بجهاز محفز، مشابه لتلك المستخدمة حالياً في زراعات القوقعة القياسية. أراد الباحثون معرفة أمرين حاسمين: هل سيصمد الجهاز إذا نُقع في سائل يشبه سوائل الجسم لمدة عام ونصف، وهل ستصمد الأقطاب الكهربائية تحت ضغط إطلاق النبضات الكهربائية بأقصى شدة متوقعة في تجربة بشرية؟

للإجابة على السؤال الأول، غمر الفريق ثلاثة أجهزة كاملة التجميع في محلول ملحي داخل حاويات محكمة الإغلاق. وقاموا بتسخين الحاويات إلى درجات حرارة أعلى بكثير من درجة حرارة الجسم لتسريع عملية التقادم. سمحت هذه التقنية، المعروفة باسم "التعتيق الحراري المتسارع"، بمحاكاة عام ونصف من الغمر في غضون بضعة أشهر فقط. وراقبوا المقاومة الكهربائية لكل قطب يومياً، بحثاً عن أي علامات تشير إلى انهيار الاتصال أو تآكل المعدن. وفي الوقت نفسه، استخدموا مجاهر قوية لالتقاط صور عالية الدقة لأطراف الأقطاب الكهربائية قبل وبعد النقع، للتحقق من وجود أي شقوق أو تقشر أو تلف في الطلاء المعدني الدقيق.

كانت نتائج اختبار النقع مشجعة. فبحلول نهاية فترة الـ 1.5 عام المحاكية، ظل كل قطب كهربائي يعمل كهربائياً. وبينما أظهرت بعض الأقطاب ارتفاعاً مؤقتاً في المقاومة تجاوز حد الأمان لفترة وجيزة، إلا أنها عادت جميعاً إلى مستويات مستقرة أقل بكثير من نقطة الفشل. وعندما فحص الباحثون الأقطالب تحت المجهر، وجدوا أن معظمها لم يتغير كثيراً. ومع ذلك، لاحظ بعضهم أن بعض الأجهزة المستخدمة في هذا الاختبار وصلت وهي تعاني من عيوب مسبقة، مثل طلاءات معدنية منبعجة قليلاً أو أطراف مشطوبة. ورغم هذه العيوب الأولية، صمدت الأقطالب بشكل ملحوخص، مما يشير إلى أن التصميم قوي بما يكفي للتعامل مع بيئة الأذن الداخلية على المدى الطويل.

أما المرحلة الثانية من الاختبار، فقد دفعت بالجهاز إلى أقصى حد، حيث حاكت الإجهاد الكهربائي لاستخدام يومي لمدة عام كامل. قام الباحثون ببرمجة الأجهزة لإطلاق نبضات كهربائية مليارات المرات، وهو ما يتجاوز بكثير ما قد يواجهه المريض في عام واحد. واختبروا حالتين: إحداهما باستخدام مستوى تيار قياسي وآمن مخصص للتجارب البشرية، والأخرى باستخدام تيار أعلى باثني عشر مرة لمعرفة مدى اقتراب الجهاز من نقطة الانهيار. كان الهدف هو معرفة ما إذا كانت الأقطاب الكهربائية ستتدهور أو تتشقق أو تتوقف عن العمل تحت هذا القصف الكهربائي المكثف.

في الحالة القياسية، أدت الأقطاب الكهربائية عملها بلا عيوب، ولم تفشل واحدة منها، بل إن خصائصها الكهربائية تحسنت قلياً بمرور الوقت، وهي ظاهرة غالباً ما تُلاحظ عند استخدام الأقطاب لأول مرة. أما اختبار الكثافة العالية فكان أكثر كشفاً؛ فمن بين العديد من الأقطاب التي اختُبرت تحت التيار الشديد، أظهر قطب واحد فقط فشلاً مفاجئاً، لكن مزيداً من التحقيق أشار إلى أن السبب كان انقطاع سلك داخل الجهاز وليس تآكل القطب نفسه. كما أظهرت بعض الأقطب الأخرى علامات تآكل طفيفة، مثل تقشر طرف المعدن قليلاً أو استدارة السيليكون الأساسي، لكن هذه التغييرات كانت بطيئة ومحدودة. وأشار الباحثون إلى أن الضرر كان من المرجح أن يحدث في الأقطاب التي كانت مشطوبة أو تالفة بالفعل قبل بدء الاختبار، مما يشير إلى أن جودة التصنيع هي المفتاح للبقاء على المدى الطويل.

ولضمان عدم ذوبان الجهاز في السائل المحيط، قام الفريق أيضاً بتحليل المحلول الملحي بعد الاختبارات. بحثوا عن آثار مجهرية للمعادن المستخدمة في الأقطب، مثل الإريديوم والبلاتين والذهب. كانت الكميات الموجودة ضئيلة جداً لدرجة أنها بالكاد يمكن رصدها، مما أكد أن الجهاز لا يسرب مواد كبيرة إلى الجسم. ويعد هذا اكتشافاً حاسماً للسلامة، إذ يشير إلى أن الجهاز لن يطلق نواتج ثانوية سامة حتى بعد سنوات من التحفيز.

تخلص الدراسة إلى أن واجهة العصب السمعي الجديدة هذه مستقرة بما يكفي للمضي قدماً نحو الاختبارات البشرية. يمكن للأقطاب الكهربائية أن تتحمل ما يعادل عاماً ونصف من النقع وعاماً كاملاً من التحفيز الكهربائي المكثف دون فشل كارثي. وبينما حدد الباحثون أن بعض عيوب التصنيع الأولية، مثل الأطراف المشطوبة أو المعدن المنبعج، يمكن أن تجعل الجهاز أكثر عرضة للخطر، فقد أجروا بالفعل تغييرات صغيرة على عملية الإنتاج للقضاء على هذه المشكلات. تشير البيانات إلى أنه مع هذه التحسينات، يصبح الجهاز جاهزاً للاختبار في البشر، مما يوفر مساراً محتملاً لمستقبل يُعالج فيه فقدان السمع بمستوى من الدقة لا تستطيع التكنولوجيا الحالية تحقيقه. إن الطريق نحو استعادة السمع المعقد لملايين المرضى قد أصبح أخيراً واضحاً، مرتكزاً على الإثبات الهادئ والصارم بأن الجهاز قادر على الصمود في المدى الطويل.