يينا، ألمانيا، 1924: أثناء العمل في شبه عزلة وملل شديد، لاحظ الطبيب النفسي هانز بيرغر النشاط الكهربائي الإيقاعي من فروة رأس الإنسان. وهو مقتنع بأن النشاط ينشأ من داخل الدماغ ويطلق عليه مصطلح “مخطط كهربية الدماغ”.
لقد مرت 10 سنوات قبل أن يقبل المجتمع العلمي عمل بيرغر، مما أدى إلى ولادة مجال تخطيط كهربية الدماغ، أو اختصارًا EEG.
اليوم، يُعرف مخطط كهربية الدماغ – والمختصر أيضًا باسم EEG – على نطاق واسع بأنه اختبار طبي يقيس النشاط الكهربائي للدماغ والذي يستخدم على المرضى الذين يعانون من اضطرابات عصبية أو يشتبه في إصابتهم بها. يوفر مخطط كهربية الدماغ (EEG) نافذة على الدماغ الحي، مع قراءة كهربائية مستمرة لما يحدث داخل رؤوسنا. قد يكون الإجراء قصيرًا، وغالبًا ما يكون تسجيلًا مدته 30 دقيقة فقط. ولكن بالنسبة للمرضى الذين تتم مراقبتهم لتشخيص أو علاج أمراض الدماغ، فمن الممكن أن يستمر العلاج لفترة أطول – أيام أو حتى أسابيع.
باعتباري طبيب أعصاب متخصص في مرض الصرع، أستخدم مخطط كهربية الدماغ (EEG) بشكل يومي. يقوم فريقنا في جامعة فلوريدا بتفسير الآلاف من عمليات تخطيط كهربية الدماغ سنويًا لدى مرضى الأعصاب. أدير أيضًا معملًا للأبحاث حيث هدفنا هو فهم البنية الأساسية لتخطيط كهربية الدماغ في الصحة والمرض.
تاريخ من التقلبات غير المتوقعة
قصة EEG ملونة ومليئة بالخرافات. لم يكن اهتمام بيرغر بكهرباء الدماغ يهدف إلى مكافحة الأمراض، على الرغم من أن هذه كانت وظيفته اليومية كطبيب، بل كان يهدف إلى إيجاد أساس بيولوجي لاعتقاده بالتخاطر. وتساءل عما إذا كانت موجات الدماغ في مخطط كهربية الدماغ (EEG) يمكنها نقل الأفكار عبر الفضاء، مما يسمح للناس بقراءة أفكار بعضهم البعض. لم ينجح في مهمته، لكن المجال الذي أسسه انطلق مع ذلك.
بحلول منتصف ثلاثينيات القرن العشرين، لاحظ الباحثون الاختلافات الواضحة بين تخطيط كهربية الدماغ (EEG) أثناء اليقظة والنوم. كشفت تخطيطات كهربية الدماغ (EEG) للمرضى الذين يعانون من أمراض الدماغ عن مجموعة متنوعة من الملاحظات غير المسبوقة.
ثم جاءت اللحظة الحاسمة للطب الحديث. في ديسمبر 1934، لاحظ مجموعة من أطباء بوسطن ظهور موجة ارتفاع إيقاعية في مخطط كهربية الدماغ (EEG) للنوبات لدى المرضى الذين يعانون من الصرع “الصرع الصغير”. Petit mal هو مصطلح عفا عليه الزمن لنوع من الصرع حيث يتجمد تدفق أفكار المريض أو كلامه أو تصرفاته مؤقتًا أثناء النوبات. ولأول مرة، تم ربط أعراض وسلوك المرضى أثناء النوبات بإشارة دماغية تحدث بشكل متزامن.
تطور مخطط كهربية الدماغ بسرعة من مجرد فضول علمي إلى أداة سريرية سائدة. تم إنشاء أول مختبر تخطيط كهربية الدماغ السريري في مستشفى ماساتشوستس العام في عام 1937. وتطورت هذه الممارسة في العقود التالية إلى الخدمات المتخصصة التي تقدمها مؤسسات مثل مؤسستنا منذ السبعينيات.
وأوضح مخطط كهربية الدماغ (EEG).
إذًا ما هو مخطط كهربية الدماغ (EEG) بالضبط؟
تخيل أنك تأخذ قرصين معدنيين صغيرين متصلين بسلك موصل. ضع قرصًا واحدًا على فروة الرأس وقم بتوصيل الآخر بمرجع محايد، مثل الأذن. شاهد تدفق تيار متناوب صغير في السلك، يتناسب مع النشاط الكهربائي الذي يستشعره الاتصال الموصل. هذا النشاط هو مخطط كهربية الدماغ (EEG)، وهو الوسط الكهربائي الذي يغمر أنسجة المخ.
وفي المقابل، ينشأ مخطط كهربية الدماغ (EEG) من الطبيعة المثيرة للخلايا العصبية، أو الخلايا العصبية. عندما تنشط الخلايا العصبية، فإن إمكانات الفعل – طفرات قصيرة عالية الجهد تنتقل إلى الخارج من أجسام الخلايا – تنشئ نشاطًا كهربائيًا محليًا في الخلايا العصبية الأخرى، مما يتسبب في تدفق التيار داخلها وخارجها.
قد تتسبب تدفقات التيار المحلية هذه في إطلاق الخلايا العصبية المستهدفة بدورها وإنشاء المزيد من تدفقات التيار. وهكذا يحافظ النظام على نفسه. متوسط النشاط الإجمالي هو مزيج من العديد من الترددات المختلفة، مع خمسة ترددات رئيسية تسمى موجات دلتا وثيتا وألفا وبيتا وغاما.
لو كان مخطط كهربية الدماغ مجرد انجراف عشوائي صعودا وهبوطا – “الرقصة الباردة لجهود الفعل”، كما علق أحد علماء الأعصاب المتشككين في أوائل القرن العشرين – لكان الأمر أقل إثارة للاهتمام. والحقيقة الرائعة هي أن مخطط كهربية الدماغ (EEG) يميل إلى التنظيم تلقائيًا في أنماط في الزمان والمكان.
يعد نمط الموجة المتصاعدة لمرض الصرع الصغير، الذي تمت الإشارة إليه سابقًا، مثالًا كلاسيكيًا، ولكن هناك عشرات من الأمثلة الأخرى معروفة الآن. إن الممارسة السريرية لتخطيط كهربية الدماغ هي مجرد التعرف على أنماط تخطيط كهربية الدماغ المميزة وربطها بحالات مرضية محددة.
الخلايا العصبية المتقلبة
خارج نطاق العيادة، يظهر سؤال علمي مثير للقلق. ببساطة، كيف تنشأ الأنماط الكهربائية في الدماغ؟ كيف تتقلب مليارات الخلايا العصبية وتريليوناتها من تدفقات التيار المحلي بالطرق الصحيحة لإنشاء بنية منظمة عالميًا؟
لقد اهتمت مجموعتنا البحثية بالسؤال الأساسي حول تكوين الأنماط في مخطط كهربية الدماغ. لقد تبين أن النشاط في الدماغ متكرر بشكل طبيعي، أي أنه متذبذب. ويرجع ذلك إلى الطريقة التي ترتبط بها الخلايا العصبية وحقيقة أنها تتفاعل عن طريق الإثارة والتثبيط لإنتاج تأثيرات الدفع والجذب.
وباعتبار التذبذبات المحلية بمثابة لبنات بناء أساسية، فقد أظهرنا أن تخطيط كهربية الدماغ (EEG) على الدماغ بأكمله يمكن أن يبنى من مثل هذه الكتل الأولية. والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أنه يمكن جعل الترددات المختلفة تتحد أو تتزامن في إيقاع مشترك. لقد أدركنا أن التزامن من هذا النوع يكمن وراء بعض الأنماط الشبيهة بالنوبات التي لوحظت لدى المرضى.
تخطيط كهربية الدماغ (EEG) والذكاء الاصطناعي (AI) والعقل
إن تشكيل الأنماط في الطبيعة أمر رائع للغاية. كيف يحصل النمر على بقعه؟ كيف يستقر الجمهور في حفل موسيقي بشكل عفوي في تصفيق إيقاعي؟ تعود أصول العديد من هذه الأسئلة إلى ورقة بحثية كلاسيكية حول النمط البيولوجي نُشرت في عام 1952. وكان مؤلفها آلان تورينج، المعروف باسم أبو علوم الكمبيوتر والمدافع الأوائل عن الذكاء الاصطناعي.
الأجهزة التي تقوم عليها غالبية أنظمة الذكاء الاصطناعي اليوم هي الشبكات العصبية. تم تقديم الشبكات العصبية في عام 1943 على يد وارن ماكولوتش، وهو طبيب وأخصائي تخطيط كهربية الدماغ. مثل بيرجر، امتد اهتمام ماكولوتش بتخطيط كهربية الدماغ إلى ما هو أبعد من أمراض الدماغ. وتساءل أين تكمن القدرة على التفكير في الخلايا العصبية للدماغ وتخطيط كهربية الدماغ (EEG). لقد تصور فكرة تجميع وحدات الحوسبة الاصطناعية الشبيهة بالخلايا العصبية في شبكات، على غرار كيفية ترابط الخلايا العصبية الحقيقية في الدماغ.
وقد أثبت بالتعاون مع والتر بيتس أن مثل هذه الشبكات العصبية يمكن أن تعمل كجهاز كمبيوتر للأغراض العامة. وقد تم تحسين أفكار ماكولوتش-بيتس على مدى العقود التالية، وهي موجودة في الشبكات العصبية “للتعلم العميق” للذكاء الاصطناعي اليوم.
لقد اخترق الذكاء الاصطناعي للتعلم العميق جميع مجالات الطب الحيوي، بما في ذلك علم الأعصاب. على سبيل المثال، يمكن لأنظمة الذكاء الاصطناعي تفسير عمليات فحص الدماغ بنجاح. كما تم استخدام أساليب الذكاء الاصطناعي لتحليل مخطط كهربية الدماغ.
هل يمكن تدريب أنظمة الذكاء الاصطناعي على استنتاج الأفكار من مخطط كهربية الدماغ؟ هل يستطيع الذكاء الاصطناعي التعامل مع سعي بيرغر للتخاطر؟ بشكل لا يصدق، أظهرت أبحاث الذكاء الاصطناعي الحديثة للتعلم العميق أن بعض جوانب النشاط العقلي يمكن فك شفرتها من مخطط كهربية الدماغ (EEG).
في عام 2024، يبلغ عمر مخطط كهربية الدماغ 100 عام. ما هي النوافذ التي سيفتحها على الدماغ والعقل في المستقبل؟ ومما لا شك فيه أن التطبيقات السريرية سوف تنمو. بالتأكيد، سيتم فهم عملية توليد أنماط الدماغ بشكل أفضل. ربما يلقي تخطيط أمواج الدماغ (EEG) نظرة خاطفة على محتوى العقل. وبالنسبة لأطباء الأعصاب مثلي الذين يقومون بمسح ثورة الذكاء الاصطناعي، هناك فخر هادئ بأن مخطط كهربية الدماغ كان حقًا في بداية كل شيء.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد.
كتب بواسطة: جيريدار كالامانجالام، جامعة فلوريدا.
اقرأ أكثر:
لا يعمل Giridhar Kalamangalam في أي شركة أو مؤسسة أو يستشيرها أو يمتلك أسهمًا فيها أو يتلقى تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم يكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينه الأكاديمي.