التحفيز العصبي

التحفيز العصبي هو تعديل هادف لنشاط الجهاز العصبي باستخدام وسائل جراحية (مثل الأقطاب الكهربائية الدقيقة ) أو غير جراحية (مثل التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة ، أو التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة مثل التحفيز المباشر للتيار المستمر عبر الجمجمة أو التحفيز المتناوب للتيار المستمر عبر الجمجمة ). ويشير مصطلح التحفيز العصبي عادةً إلى الأساليب الكهرومغناطيسية لتعديل النشاط العصبي .

يمكن لتقنية التحفيز العصبي تحسين جودة حياة المصابين بالشلل الشديد أو الذين يعانون من فقدان كبير في مختلف الحواس، فضلاً عن تخفيف الآلام المزمنة الشديدة بشكل دائم، والتي تتطلب عادةً علاجًا مستمرًا (على مدار الساعة) بجرعات عالية من المواد الأفيونية (مثل آلام الأعصاب وإصابات الحبل الشوكي ). وتُعدّ هذه التقنية جزءًا أساسيًا من الأطراف الاصطناعية العصبية المستخدمة في أجهزة السمع ، والرؤية الاصطناعية، والأطراف الاصطناعية ، وواجهات الدماغ والحاسوب . في حالة التحفيز العصبي ، يُستخدم التحفيز الكهربائي بشكل أساسي، وتُعتمد أشكال موجية ثنائية الطور متوازنة الشحنة ذات تيار ثابت أو تقنيات حقن الشحنة المقترنة سعويًا. وكبديل، اقتُرح التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة والتحفيز الكهربائي عبر الجمجمة كطرق غير جراحية، حيث يُحدث المجال المغناطيسي أو التيارات الكهربائية المطبقة عبر الجمجمة تحفيزًا عصبيًا. ^{[ 1 ] [ 2 ]} وقد حددت مراجعة علمية حديثة (2024) فرضيات مهمة حول العمليات الخلوية التي يقوم عليها التحفيز العصبي غير الجراحي. ^{[ 3 ]} كشف تحليل البيانات أن نشاط الميتوكوندريا يلعب على الأرجح دورًا محوريًا في تحفيز الدماغ الذي يتم تنفيذه عبر مناهج مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، قدم تحليل النموذج العصبي الإدراكي للأم والجنين ^{[ 4 ]} رؤى ثاقبة حول ظروف التحفيز العصبي الطبيعي للجهاز العصبي الجنيني أثناء الحمل. ^{[ 3 ]} بناءً على هذه النتائج، اقترحت المقالة فرضية حول أصل التحفيز العصبي أثناء الحمل. ^{[ 3 ]} وفقًا لهذا الرأي، يحدث التحفيز العصبي الطبيعي أثناء الحمل نتيجة للخصائص الكهرومغناطيسية لقلب الأم وتفاعله مع الجهاز العصبي للأم والجنين. ^{[ 3 ]} يضمن التحفيز العصبي الطبيعي التطور المتوازن للجهاز العصبي للجنين، ويضمن تطور البنية الصحيحة للجهاز العصبي مع الوظائف الإدراكية اللازمة التي تتوافق مع السياق البيئي والصفات التي تميز الإنسان. ^{[ 3 ]} وفقًا للأستاذ اللاتفي إيغور فال دانيلوف، يُعد التحفيز العصبي الطبيعي أساسًا للعديد من تقنيات التحفيز العصبي. ^{[ 3 ]}

يُمكن لتحفيز الدماغ أن يُعالج بعض الاضطرابات، مثل الصرع . في هذه الطريقة، يُطبَّق تحفيز مُجدول على مناطق مُحددة في القشرة الدماغية أو تحت القشرة. تتوفر أجهزة تجارية ^{[ 5 ]} قادرة على إيصال نبضة كهربائية على فترات زمنية مُحددة. يُفترض أن التحفيز المُجدول يُغير الخصائص الفيزيولوجية العصبية الجوهرية للشبكات الصرعية. وفقًا للبروفيسورة باربرا جوبست وزملائها، فإن أكثر المناطق التي دُرست للتحفيز المُجدول هي النواة الأمامية للمهاد والحصين . وقد أظهرت الدراسات التي أُجريت على النواة الأمامية للمهاد انخفاضًا ملحوظًا في نوبات الصرع عند تشغيل المُحفز مقارنةً بإيقافه خلال عدة أشهر بعد زراعته. [ ^{6 ] علاوة} على ذلك، يُمكن علاج الصداع العنقودي باستخدام قطب تحفيز مؤقت في العقدة الجناحية الحنكية . وقد أفاد الدكتور مهدي أنصارينيا وزملاؤه بتخفيف الألم في غضون دقائق قليلة من التحفيز بهذه الطريقة. ^{[ 7 ]} لتجنب استخدام الأقطاب الكهربائية المزروعة، ابتكر الباحثون طرقًا لنقش "نافذة" مصنوعة من الزركونيا تم تعديلها لتكون شفافة وزرعها في جماجم الفئران، للسماح للموجات الضوئية بالاختراق بشكل أعمق، كما هو الحال في علم البصريات الوراثية ، لتحفيز أو تثبيط الخلايا العصبية الفردية. ^{[ 8 ]}

أظهر التحفيز العميق للدماغ (DBS) فوائد في علاج اضطرابات الحركة مثل مرض باركنسون ، والرعاش، وخلل التوتر العضلي ، بالإضافة إلى اضطرابات نفسية عصبية أخرى مثل الاكتئاب ، والوسواس القهري ، ومتلازمة توريت ، والألم المزمن ، والصداع العنقودي. يُمكن للتحفيز العميق للدماغ تغيير نشاط الدماغ بشكل مباشر ومُتحكم فيه، ولذلك يُستخدم لرسم خرائط الآليات الأساسية لوظائف الدماغ بالتزامن مع تقنيات التصوير العصبي.

يتكون نظام التحفيز العميق للدماغ من ثلاثة مكونات: مولد النبضات المزروع، والسلك، ووصلة تمديد. يُولّد مولد النبضات المزروع نبضات تحفيزية تُرسل إلى أسلاك داخل الجمجمة عند النقطة المستهدفة عبر وصلة تمديد. تتداخل هذه النبضات التحفيزية مع النشاط العصبي في المنطقة المستهدفة.

تتضمن تطبيقات وتأثيرات التحفيز العميق للدماغ، سواء على الدماغ السليم أو المريض، العديد من العوامل. تشمل هذه العوامل الخصائص الفيزيولوجية لأنسجة الدماغ، والتي قد تتغير بتغير الحالة المرضية. كما أن معايير التحفيز، مثل السعة والخصائص الزمنية، والتكوين الهندسي للقطب الكهربائي والأنسجة المحيطة به، كلها عوامل مهمة.

على الرغم من كثرة الدراسات التي أُجريت على التحفيز العميق للدماغ، إلا أن آلية عمله لا تزال غير مفهومة تماماً. ولا يزال تطوير الأقطاب الكهربائية الدقيقة للتحفيز العميق للدماغ يمثل تحدياً. ^{[ 9 ]}

هناك خمسة مجالات رئيسية للتحفيز العصبي غير الجراحي: ^{[ 3 ]}

• التحفيز العصبي الضوئي عبر مسارات الرؤية المسؤولة عن تكوين الصور، بالإضافة إلى تشعيع الجلد. تُعرف هذه التقنية أيضاً بالعلاج الضوئي ، أو العلاج بالضوء، أو العلاج بالضوء. وهي تشير إلى تعريض الجسم لضوء اصطناعي مكثف بأطوال موجية محددة لعلاج أمراض مختلفة. ^{[ 10 ]}
• يشير الإشعاع الليزري عبر الجمجمة إلى الإشعاع الضوئي أحادي اللون أو شبه أحادي اللون الموجه ذي الطاقة المنخفضة والتدفق العالي، والمعروف أيضًا باسم التعديل الحيوي الضوئي (PBM). ^{[ 11 ]}
• التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة والتحفيز المغناطيسي ^{[ 3 ]} (انظر الأقسام الإضافية التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة والتحفيز الكهربائي عبر الجمجمة).
• تشمل التحفيزات الصوتية منخفضة التردد العلاج بالاهتزازات الصوتية (VAT) والتحفيز السمعي الإيقاعي (RAS). ^{[ 12 ] [ 13 ]}
• التحفيز العصبي الفكري الصوتي الضوئي (APIN). تستخدم هذه التقنية خصائص التحفيز العصبي الطبيعي. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

التحفيز العصبي الفكري الصوتي الضوئي

تحاكي هذه الطريقة غير الجراحية لتحفيز الدماغ خصائص التحفيز العصبي الطبيعي للجهاز العصبي الجنيني أثناء الحمل، مع مراعاة معايير العلاج الخاصة بكل مريضة. ^{[ 3 ]} يعتمد التأثير العلاجي لتقنية APIN على قدرة المحفزات الطاقية على تعزيز نشاط الميتوكوندريا، وعلى قدرة المجال الكهرومغناطيسي النبضي على توسيع الأوعية الدموية الدقيقة. تعمل ثلاثة عوامل علاجية على أكسجة الأنسجة العصبية، وإطلاق بروتينات الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، وتحسين اللدونة العصبية. تُظهر هذه الطريقة نتائج فعّالة في إدارة الألم المزمن في حالات مرضية متنوعة. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة

بالمقارنة مع التحفيز الكهربائي الذي يستخدم صدمات كهربائية قصيرة وعالية الجهد لتنشيط الخلايا العصبية، والتي قد تُنشّط ألياف الألم، طُوّر التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) على يد بيكر عام ١٩٨٥. يستخدم TMS سلكًا مغناطيسيًا فوق فروة الرأس ، يحمل نبضة تيار حادة وعالية. يتولد مجال مغناطيسي متغير مع الزمن عموديًا على الملف نتيجةً للنبضة المُطبقة، مما يُولّد بدوره مجالًا كهربائيًا وفقًا لقانون ماكسويل . يُوفّر هذا المجال الكهربائي التيار اللازم لتحفيز غير جراحي وأقل إيلامًا بكثير. يوجد نوعان من أجهزة TMS: جهاز TMS أحادي النبضة وجهاز TMS ذو النبضات المتكررة (rTMS)، ويُعدّ الأخير أكثر فعالية ولكنه قد يُسبّب نوبات صرع. يُمكن استخدام TMS في العلاج، وخاصةً في الطب النفسي ، كأداة لقياس التوصيل الحركي المركزي، وكأداة بحثية لدراسة جوانب مختلفة من وظائف الدماغ البشري، مثل الوظائف الحركية والبصرية واللغوية. وقد استُخدمت طريقة rTMS لعلاج الصرع بمعدلات تتراوح بين ٨ و٢٥  هرتز لمدة ١٠ ثوانٍ. تشمل الاستخدامات العلاجية الأخرى للتحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) أمراض باركنسون، وخلل التوتر العضلي، واضطرابات المزاج. كما يمكن استخدام التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة لتحديد مساهمة الشبكات القشرية في وظائف معرفية محددة عن طريق تعطيل النشاط في منطقة الدماغ المستهدفة. ^{[ 1 ]} وقد تم الحصول على نتائج أولية غير حاسمة في مجال التعافي من الغيبوبة ( الحالة الخضرية المستمرة ) من قبل باب وآخرون (2009). ^{[ 17 ]}

يُعدّ تحفيز الحبل الشوكي (SCS) علاجًا فعالًا للألم المزمن والمستعصي، بما في ذلك اعتلال الأعصاب السكري ، ومتلازمة فشل جراحة الظهر ، ومتلازمة الألم الإقليمي المعقد ، وألم الطرف الوهمي ، وألم الأطراف الإقفاري ، ومتلازمة ألم الأطراف أحادي الجانب المقاومة للعلاج، والألم العصبي التالي للهربس ، وألم الهربس النطاقي الحاد . ومن الحالات المؤلمة الأخرى التي تُعدّ مرشحة محتملة لعلاج تحفيز الحبل الشوكي مرض شاركو-ماري-توث (CMT)، الذي يرتبط بألم مزمن متوسط ​​إلى شديد في الأطراف. ^{[ 18 ]} يتكون علاج تحفيز الحبل الشوكي من التحفيز الكهربائي للحبل الشوكي "لإخفاء" الألم. وقد وفّرت نظرية البوابة، التي اقترحها البروفيسور رونالد ميلزاك والبروفيسور وول عام 1965 ^{[ 19 ]} ، إطارًا نظريًا لمحاولة استخدام تحفيز الحبل الشوكي كعلاج سريري للألم المزمن. تفترض هذه النظرية أن تنشيط الألياف الحسية الأولية ذات القطر الكبير والمغلفة بالميالين يُثبّط استجابة خلايا القرن الظهري للإشارات الواردة من الألياف الحسية الأولية الصغيرة غير المغلفة بالميالين. يتكون نظام تحفيز الحبل الشوكي البسيط من ثلاثة أجزاء رئيسية. أولًا، تُزرع أقطاب كهربائية دقيقة في الفراغ فوق الجافية لتوصيل نبضات تحفيزية إلى الأنسجة. ثانيًا، يُزرع مولد نبضات كهربائية في أسفل البطن أو منطقة الأرداف ، ويتصل بالأقطاب الكهربائية عبر أسلاك. ثالثًا، يوجد جهاز تحكم عن بُعد لضبط معايير التحفيز، مثل عرض النبضة ومعدل النبضات في مولد النبضات. وقد طرأت تحسينات على الجوانب السريرية لتحفيز الحبل الشوكي، مثل الانتقال من وضع الأقطاب تحت الجافية إلى وضعها فوق الجافية، مما يقلل من مخاطر ومضاعفات زراعة جهاز تحفيز الحبل الشوكي، وكذلك على الجوانب التقنية، مثل تحسين الأسلاك الجلدية، وأجهزة التحفيز متعددة القنوات القابلة للزرع بالكامل. مع ذلك، لا تزال هناك العديد من المعايير التي تحتاج إلى تحسين، بما في ذلك عدد الأقطاب المزروعة، وحجمها، والمسافة بينها، ومصادر الطاقة الكهربائية للتحفيز. يُعد عرض نبضة التحفيز ومعدل النبضات من المعايير المهمة التي يجب ضبطها في نظام تحفيز الحبل الشوكي، والتي تبلغ عادةً 400 ميكروثانية و8-200  هرتز على التوالي. ^{[ 20 ]}

تشير الأدلة الأولية إلى فعالية التحفيز عبر الجلد للعصب فوق الحجاجي. ^{[ 30 ]} الآثار الجانبية قليلة. ^{[ 31 ]}

حتى عام ٢٠٠٨، ساهمت زراعة القوقعة في تحسين السمع جزئيًا لأكثر من ١٢٠ ألف شخص حول العالم. ويُستخدم التحفيز الكهربائي في زراعة القوقعة لتوفير سمع وظيفي للأشخاص الصم تمامًا. تتضمن زراعة القوقعة عدة مكونات فرعية، بدءًا من معالج الكلام الخارجي ووصلة نقل الترددات الراديوية ، وصولًا إلى جهاز الاستقبال الداخلي والمحفز ومصفوفات الأقطاب الكهربائية. بدأت الأبحاث الحديثة في مجال زراعة القوقعة في ستينيات وسبعينيات القرن الماضي. في عام ١٩٦١، زُرع جهاز بدائي ذو قطب كهربائي واحد في مريضين أصمين، وسُجل تحسن في السمع مع التحفيز الكهربائي. أُصدر أول جهاز أحادي القناة كامل معتمد من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية في عام ١٩٨٤. ^{[ ٣٢ ]} في زراعة القوقعة، يلتقط الميكروفون الصوت وينقله إلى المعالج الخارجي الموجود خلف الأذن لتحويله إلى بيانات رقمية. ثم تُعدّل البيانات الرقمية على إشارة ترددات راديوية وتُرسل إلى هوائي داخل سماعة الرأس. تُرسل البيانات وناقل الطاقة عبر زوج من الملفات المتصلة إلى الوحدة الداخلية المحكمة الإغلاق. ومن خلال استخلاص الطاقة وفك تشفير البيانات، تُرسل أوامر التيار الكهربائي إلى القوقعة لتحفيز العصب السمعي عبر أقطاب كهربائية دقيقة. ^{[ 33 ]} والنقطة الأساسية هي أن الوحدة الداخلية لا تحتوي على بطارية، ويجب أن تكون قادرة على استخلاص الطاقة اللازمة. وللحد من خطر العدوى، تُنقل البيانات لاسلكيًا مع الطاقة. تُعد الملفات المقترنة حثيًا خيارًا جيدًا لنقل الطاقة والبيانات عن بُعد، على الرغم من أن الإرسال بترددات الراديو قد يوفر كفاءة ومعدلات بيانات أفضل. ^{[ 34 ]} تشمل المعلمات التي تحتاجها الوحدة الداخلية سعة النبضة، ومدة النبضة، والفاصل الزمني بين النبضات، والقطب الكهربائي النشط، والقطب الكهربائي العائد، والتي تُستخدم لتحديد نبضة ثنائية الطور ونمط التحفيز. ومن الأمثلة على الأجهزة التجارية جهاز Nucleus 22 الذي استخدم ترددًا حاملًا قدره 2.5  ميجاهرتز، وفي الإصدار الأحدث المسمى جهاز Nucleus 24، زاد التردد الحامل إلى 5  ميجاهرتز. ^{[ 35 ]} الوحدة الداخلية في غرسات القوقعة هي ASIC ( دائرة متكاملة خاصة بالتطبيقات)شريحة ASIC مسؤولة عن ضمان تحفيز كهربائي آمن وموثوق. تحتوي هذه الشريحة على مسار أمامي، ومسار خلفي، ووحدات تحكم. يسترجع المسار الأمامي المعلومات الرقمية من إشارة الترددات الراديوية، بما في ذلك معلمات التحفيز وبعض بتات المصافحة لتقليل أخطاء الاتصال. يتضمن المسار الخلفي عادةً جهاز أخذ عينات جهد عن بُعد، يقرأ الجهد على قطب التسجيل خلال فترة زمنية محددة. وحدة التحفيز مسؤولة عن توصيل تيار محدد مسبقًا من وحدة خارجية إلى الأقطاب الكهربائية الدقيقة. تتضمن هذه الوحدة تيارًا مرجعيًا ومحولًا رقميًا تناظريًا لتحويل الأوامر الرقمية إلى تيار تناظري. ^{[ 36 ]}

تشير الأدلة النظرية والسريرية التجريبية إلى أن التحفيز الكهربائي المباشر للشبكية قد يُعيد بعض البصر للأفراد الذين فقدوا العناصر الحساسة للضوء في شبكيتهم . [ ^{37 ] ولذلك} ، يجري تطوير الأطراف الاصطناعية البصرية لاستعادة البصر للمكفوفين باستخدام هذا التحفيز. وقد تم النظر في مناهج مختلفة بناءً على موقع المسار البصري المستهدف للتحفيز العصبي. يتكون المسار البصري بشكل أساسي من العين ، والعصب البصري ، والنواة الركبية الوحشية ، والقشرة البصرية . لذا، يُعد تحفيز الشبكية، والعصب البصري، والقشرة البصرية الطرق الثلاث المختلفة المستخدمة في الأطراف الاصطناعية البصرية. ^{[ 38 ]} وتُعد أمراض تنكس الشبكية، مثل التهاب الشبكية الصباغي والتنكس البقعي المرتبط بالعمر ، من الأمراض المرشحة التي قد يكون تحفيز الشبكية مفيدًا فيها. تُستخدم ثلاثة مناهج في أجهزة الشبكية، وهي: التحفيز فوق الشبكي، والتحفيز تحت الشبكي، والتحفيز عبر الشبكية. تعمل هذه المناهج على تحفيز الخلايا العصبية المتبقية في الشبكية لتجاوز المستقبلات الضوئية المفقودة، مما يسمح للإشارة البصرية بالوصول إلى الدماغ عبر المسار البصري الطبيعي. في منهج التحفيز فوق الشبكي، تُوضع الأقطاب الكهربائية على السطح العلوي للشبكية بالقرب من الخلايا العقدية ^{[ 39 ]} ، بينما تُوضع تحت الشبكية في منهج التحفيز تحت الشبكي ^{[ 40 ]} . أما في منهج التحفيز عبر الشبكية، فتُوضع الأقطاب الكهربائية على السطح الخلفي للصلبة. تُعدّ شركتا "سكند سايت" ومجموعة "همايون" في جامعة جنوب كاليفورنيا من أكثر المجموعات نشاطًا في تصميم بدائل الشبكية داخل العين. وتُعتبر غرسة "أرجوس 16" الشبكية بديلاً للشبكية داخل العين يستخدم تقنيات معالجة الفيديو. فيما يتعلق بتحفيز القشرة البصرية، كان بريندلي ودوبيل أول من أجرى التجارب وأثبتا أن تحفيز الجزء العلوي من القشرة البصرية يمكّن معظم الأقطاب الكهربائية من إنتاج إدراك بصري. ^{[ 20 ]} وفي الآونة الأخيرة، قام البروفيسور ساوان ببناء غرسة كاملة للتحفيز داخل القشرة الدماغية، وأثبت فعالية العملية على الفئران. ^{[ 41 ]}

تُعدّ النواة الركبية الجانبية (LGN)، الموجودة في الدماغ المتوسط ​​والتي تنقل الإشارات من الشبكية إلى القشرة البصرية، منطقةً أخرى محتملةً يمكن استخدامها للتحفيز. إلا أن الوصول إلى هذه المنطقة محدودٌ بسبب صعوبة التدخل الجراحي. وقد شجّع النجاح الأخير لتقنيات التحفيز العميق للدماغ التي تستهدف الدماغ المتوسط، الأبحاثَ على اتباع نهج تحفيز النواة الركبية الجانبية (LGN) لتطوير أطراف اصطناعية بصرية. ^{[ 42 ]}

طُرحت فكرة أجهزة تنظيم ضربات القلب القابلة للزرع لأول مرة عام ١٩٥٩، وشهدت تطورًا ملحوظًا منذ ذلك الحين. وتشمل التطبيقات العلاجية لهذه الأجهزة علاج العديد من اضطرابات النظم القلبي، بما في ذلك بعض أنواع تسرع القلب (زيادة سرعة ضربات القلب)، وفشل القلب ، وحتى السكتة الدماغية . كانت أجهزة تنظيم ضربات القلب القابلة للزرع في بداياتها تعمل لفترة قصيرة فقط، وتحتاج إلى إعادة شحن دورية عبر وصلة حثية. وكانت هذه الأجهزة تتطلب مولد نبضات لتحفيز عضلة القلب بمعدل معين، بالإضافة إلى الأقطاب الكهربائية. ^{[ ٤٣ ]} أما اليوم، فتُبرمج مولدات النبضات الحديثة بطريقة غير جراحية بواسطة أجهزة حاسوبية متطورة تستخدم ترددات الراديو، حيث تحصل على معلومات حول حالة المريض والجهاز عن طريق القياس عن بُعد. كما أنها تستخدم خلية واحدة من يوديد الليثيوم (LiI) محكمة الإغلاق كبطارية. تتضمن دائرة منظم ضربات القلب مضخمات استشعار لاكتشاف الإشارات الكهربائية الذاتية للقلب، والتي تُستخدم لتتبع نشاط القلب، ودائرة تكيف معدل ضربات القلب، والتي تحدد الحاجة إلى زيادة أو تقليل معدل ضربات القلب، ومعالج دقيق، وذاكرة لتخزين المعلمات، ووحدة تحكم عن بعد لبروتوكول الاتصال، ومصادر طاقة لتوفير جهد منظم. ^{[ 44 ]}

تُعدّ الأقطاب الكهربائية الدقيقة أحد المكونات الرئيسية للتحفيز العصبي، حيث تنقل التيار إلى الخلايا العصبية. تتكون الأقطاب الكهربائية الدقيقة النموذجية من ثلاثة مكونات رئيسية: ركيزة ( الحامل )، وطبقة معدنية موصلة، ومادة عازلة. في زراعة القوقعة، تُصنع الأقطاب الكهربائية الدقيقة من سبيكة البلاتين والإيريديوم . تتميز الأقطاب الكهربائية الحديثة بإمكانية إدخالها بعمق أكبر لمطابقة موضع التحفيز مع نطاق التردد المخصص لكل قناة من قنوات القطب، مما يُحسّن كفاءة التحفيز ويُقلل من الصدمة الناتجة عن الإدخال. تأتي هذه الأقطاب الكهربائية لزراعة القوقعة إما مستقيمة أو حلزونية، مثل قطبي Med-El Combi 40+ وAdvanced Bionics Helix على التوالي. أما في زراعة أجهزة الإبصار، فيوجد نوعان من مصفوفات الأقطاب الكهربائية: النوع المستوي أو النوع ثلاثي الأبعاد (إبرة أو عمود). تُستخدم مصفوفة الإبرة، مثل مصفوفة يوتا، في الغالب لتحفيز القشرة الدماغية والعصب البصري، ونادرًا ما تُستخدم في زراعة الشبكية نظرًا لاحتمالية تلف الشبكية. مع ذلك، استُخدمت مصفوفة أقطاب ذهبية عمودية الشكل على طبقة رقيقة من البوليميد في غرسة خارج العين. من جهة أخرى، تُصنع مصفوفات الأقطاب الكهربائية الدقيقة المستوية القابلة للتمدد من بوليمرات مرنة، مثل السيليكون والبوليميد والباريلين، كمرشحات لغرسات الشبكية. وفيما يتعلق بأقطاب التحفيز العميق للدماغ، فإن مصفوفة قابلة للتحكم بشكل مستقل، موزعة في جميع أنحاء النواة المستهدفة، ستتيح تحكمًا دقيقًا في التوزيع المكاني للتحفيز، وبالتالي، تسمح بتحفيز عميق للدماغ أكثر تخصيصًا. هناك عدة متطلبات لأقطاب التحفيز العميق للدماغ، تشمل عمرًا طويلًا دون إلحاق ضرر بالأنسجة أو تدهور الأقطاب، وتخصيصها لمواقع دماغية مختلفة، وتوافقًا حيويًا طويل الأمد للمادة، ومتانة ميكانيكية للوصول إلى الهدف دون تلف أثناء التعامل معها من قبل جراح الزرع، وأخيرًا توحيد الأداء عبر الأقطاب الكهربائية الدقيقة في مصفوفة معينة. تُعدّ الأسلاك الدقيقة المصنوعة من التنجستن والإيريديوم ، والأقطاب الدقيقة المصنوعة من سبائك البلاتين والإيريديوم والمُرَسَّبة بالرش أو بالترسيب الكهربائي ^{[ 45 ]،} أمثلةً على الأقطاب الدقيقة المستخدمة في التحفيز العميق للدماغ. ^{[ 20 ]} يُعتبر كربيد السيليكون مادةً واعدةً ومثيرةً للاهتمام لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات المتوافقة حيوياً. ^{[ 46 ]}

إن تحفيز أنسجة الدماغ باستخدام طرق المجال الكهربائي والمغناطيسي غير الجراحية يثير العديد من المخاوف، بما في ذلك ما يلي:

تتمثل المشكلة الأولى في عدم اليقين بشأن الجرعة (الوقت ومعايير المجال التقني) اللازمة للتحفيز الصحيح والصحي. ^{[ 47 ]} في حين أن علم وظائف الأعصاب يفتقر إلى المعرفة حول طبيعة هذا النوع من علاج الأمراض العصبية على المستوى الخلوي، ^{[ 48 ]} فإن العديد من الطرق العلاجية الكهربائية والمغناطيسية غير الجراحية تنطوي على تعريض المريض بشكل مفرط لمجال شديد، وهو أعلى بعدة مراتب، بل وحتى بمراتب عديدة، من التيارات الطبيعية والمجالات الكهرومغناطيسية في الدماغ. ^{[ 49 ] [ 50 ]}

يُعدّ عدم القدرة على تحديد موضع تأثير التحفيز على الأنسجة في الشبكات العصبية المعنية تحديًا كبيرًا آخر لأساليب المجالات الكهربائية والمغناطيسية غير الجراحية. ^{[ 51 ] [ 52 ]} ما زلنا بحاجة إلى اكتساب المزيد من المعرفة حول العمليات العقلية على المستوى الخلوي. ولا تزال العلاقة بين النشاط العصبي والعمليات الإدراكية موضع تساؤل بين الباحثين، وتُمثّل تحديًا لاختيار العلاج؛ لذا، من غير المؤكد ما إذا كانت المجالات الكهربائية والمغناطيسية تصل فقط إلى البنى العصبية في الدماغ التي تتطلب العلاج. كما أن جرعة الإشعاع غير المحددة والهدف غير المُحدد قد يُؤديان إلى تدمير الخلايا السليمة أثناء الإجراء. ويستهدف تحفيز أنسجة الدماغ غير الجراحي مساحة واسعة من الأنسجة غير الموصوفة بدقة. ويُصعّب عدم القدرة على تحديد موضع تأثير التحفيز توجيهه فقط إلى الشبكات العصبية المطلوبة. ^{[ 51 ] [ 52 ]}

بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن تعميم هذه الأساليب على جميع المرضى بسبب التباين الكبير بين الأفراد في الاستجابة لتحفيز الدماغ. ^{[ 53 ]}

نشأت الاكتشافات الأساسية حول التحفيز العصبي من فكرة تحفيز الأعصاب لأغراض علاجية. يعود أول استخدام موثق للتحفيز الكهربائي لتسكين الألم إلى عام 46 ميلادي، عندما استخدم سكريبونيوس لارجوس سمكة الطوربيد (الراي الكهربائي) لتخفيف الصداع. ^{[ 54 ]} في أواخر القرن الثامن عشر، اكتشف لويجي جالفاني أن عضلات أرجل الضفادع الميتة ترتعش عند تعرضها لتيار مباشر على الجهاز العصبي. ^{[ 55 ]} وفي عام 1870، تم إثبات تعديل نشاط الدماغ عن طريق التحفيز الكهربائي للقشرة الحركية في الكلاب، مما أدى إلى حركة الأطراف. ^{[ 56 ]} ومنذ أواخر القرن الثامن عشر وحتى اليوم، تم تحقيق العديد من الإنجازات الهامة. في الوقت الحاضر، تُستخدم على نطاق واسع الأجهزة التعويضية الحسية، مثل غرسات البصر، وغرسات القوقعة، وغرسات الدماغ المتوسط ​​السمعية، ومحفزات الحبل الشوكي، وكذلك الأجهزة التعويضية الحركية، مثل محفزات الدماغ العميقة، ومحفزات بيون الدقيقة، وواجهة التحكم والاستشعار في الدماغ، وأجهزة التحفيز الكهربائي للقلب. ^{[ 20 ]}

في عام 2013، صاغت شركة الأدوية البريطانية جلاكسو سميث كلاين (GSK) مصطلح "العلاجات الكهربائية" ليشمل بشكل عام الأجهزة الطبية التي تستخدم التحفيز الكهربائي أو الميكانيكي أو الضوئي للتأثير على الإشارات الكهربائية في أنواع الأنسجة ذات الصلة. ^{[ 57 ] [ 58 ]} ومن الأمثلة المقترحة على العلاجات الكهربائية: الغرسات العصبية السريرية، مثل غرسات القوقعة لاستعادة السمع، وغرسات الشبكية لاستعادة البصر، ومحفزات الحبل الشوكي لتسكين الألم، وأجهزة تنظيم ضربات القلب ، وأجهزة إزالة الرجفان القابلة للزرع . ^{[ 57 ]} أنشأت GSK صندوقًا استثماريًا وأعلنت أنها ستستضيف مؤتمرًا في عام 2013 لوضع أجندة بحثية لهذا المجال. ^{[ 59 ]} أشارت مراجعة بحثية نُشرت عام 2016 حول التفاعلات بين الجهازين العصبي والمناعي في اضطرابات المناعة الذاتية إلى مصطلح "العلاجات الكهربائية" بشكل عابر وبين علامتي اقتباس، في إشارة إلى أجهزة التحفيز العصبي قيد التطوير لعلاج حالات مثل التهاب المفاصل. ^{[ 60 ]}

في عام 2024، كشف إدخال نموذج الأم والجنين العصبي المعرفي وتحديد خصائص التحفيز العصبي الطبيعي عن آفاق جديدة لتطوير جيل جديد من الأجهزة الطبية الكهربائية. ^{[ 3 ]}

في عام 2025، بدأت تجربتان سريريتان على مستوى الولاية في غرب أستراليا، تهدفان إلى استخدام العلاج بالتحفيز العصبي عبر أقطاب كهربائية سطحية للمشاركين المصابين بشلل نصفي وشلل رباعي. ^{[ 61 ]}

إضافةً إلى الاستخدام الواسع النطاق للتحفيز العصبي في التطبيقات السريرية، يُستخدم أيضًا على نطاق واسع في المختبرات التي يعود تاريخها إلى عشرينيات القرن الماضي على يد علماء مثل ديلجادو، الذين استخدموا التحفيز كأداة تجريبية لدراسة أساسيات عمل الدماغ. ركزت الدراسات الأولية على مركز المكافأة في الدماغ، حيث أدى تحفيز هذه البنى إلى شعور بالمتعة دفع إلى طلب المزيد من التحفيز. ومن الأمثلة الحديثة الأخرى التحفيز الكهربائي لمنطقة الفص الصدغي الأوسط (MT) في القشرة البصرية الأولية لتوجيه الإدراك. على وجه الخصوص، يتم تمثيل اتجاه الحركة بشكل منتظم في منطقة الفص الصدغي الأوسط. عُرضت على القرود صور متحركة على الشاشة، وكان على القرد تحديد اتجاهها. ووجد الباحثون أنه من خلال إدخال بعض الأخطاء بشكل منهجي في استجابات القرد، عن طريق تحفيز منطقة الفص الصدغي الأوسط المسؤولة عن إدراك الحركة في اتجاه آخر، استجاب القرد لحركة تقع بين الحركة الفعلية والحركة المحفزة. كان هذا استخدامًا بارعًا للتحفيز لإظهار أن منطقة الفص الصدغي الأوسط ضرورية في الإدراك الفعلي للحركة. في مجال الذاكرة ، يتم استخدام التحفيز بشكل متكرر لاختبار قوة الاتصال بين حزمة من الخلايا وأخرى عن طريق تطبيق تيار صغير في خلية واحدة مما يؤدي إلى إطلاق الناقلات العصبية وقياس الجهد بعد المشبكي .

بشكل عام، يساعد التيار القصير ذو التردد العالي في نطاق 100  هرتز على تقوية الاتصال، وهو ما يُعرف بالتقوية طويلة الأمد . ومع ذلك، فإن التيار الأطول ذو التردد المنخفض يميل إلى إضعاف الاتصالات، وهو ما يُعرف بالتثبيط طويل الأمد . ^{[ 62 ]}

• تجربة الآلة
• التعديل العصبي
• تكنولوجيا الأعصاب
• العلاج العصبي
• التحفيز المخيخي غير الجراحي
• وايرهيد (خيال علمي)