腦機(jī)接口新突破！透明植入物揭秘大腦深層活動(dòng)

美國(guó)一組科學(xué)家發(fā)明了一種薄而透明的神經(jīng)植入物。這種植入物是一種纖薄、透明、柔韌的聚合物條，可緊貼大腦表層。它既可以監(jiān)測(cè)大腦表層的活動(dòng)，也可以提供深層活動(dòng)的信息。

據(jù)報(bào)道，美國(guó)一組科學(xué)家發(fā)明了一種薄而透明的神經(jīng)植入物，可以監(jiān)測(cè)大腦表層的活動(dòng)，也可以提供深層活動(dòng)的信息。他們認(rèn)為，這將產(chǎn)生一個(gè)準(zhǔn)確但侵入性較小（微創(chuàng)）的腦機(jī)接口。 雖然讓計(jì)算機(jī)讀取大腦活動(dòng)的植入物正在穩(wěn)步發(fā)展，但該領(lǐng)域仍存在一個(gè)根本性的難題。讀取我們大腦灰質(zhì)深處活動(dòng)的植入物由探針組成，這些探針會(huì)引起炎癥和疤痕等問題，它們提供的信號(hào)也會(huì)隨著時(shí)間的推移而退化。 但與此同時(shí)，放置在大腦表層的植入物沒有這樣的問題，不過它們只能給科學(xué)家提供掠過大腦表層的信號(hào)。有鑒于此，美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)邁出了解決這個(gè)問題的一步。 具體而言，這種植入物是一種纖薄、透明、柔韌的聚合物條，可緊貼大腦表層。長(zhǎng)條上嵌入了高密度的微小圓形石墨烯電極陣列，每個(gè)電極直徑為20微米。每個(gè)電極通過一根微米粗細(xì)的石墨烯導(dǎo)線與電路板相連。

在實(shí)驗(yàn)中，在將其放置在轉(zhuǎn)基因小鼠的大腦上后，研究小組能夠讀取嚙齒動(dòng)物大腦表層信號(hào)。然而，真正的進(jìn)步在于這種薄膜是透明的。這使得研究人員可以同時(shí)發(fā)射激光穿過它，并使用雙光子顯微鏡來成像位于表面下250微米深處的神經(jīng)元的鈣離子尖峰。鈣是神經(jīng)元相互傳遞數(shù)據(jù)的關(guān)鍵成分。 然后，研究人員能夠訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型來建立表面活動(dòng)和深層活動(dòng)之間的聯(lián)系，實(shí)際上是教會(huì)它根據(jù)傳感器從表面信號(hào)中獲取的信息來理解大腦深處發(fā)生的事情。 “我們正在利用這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)大神經(jīng)記錄的空間范圍，”該研究的資深作者Duygu Kuzum說：“盡管我們的植入物位于大腦表層，但它的設(shè)計(jì)超越了物理感知的限制，因?yàn)樗梢詮母顚油茢嗌窠?jīng)活動(dòng)?！?研究人員還指出，目前，為了觀察大腦內(nèi)鈣的活動(dòng)，科學(xué)家需要將受試者的頭部固定在顯微鏡下，這一過程最多持續(xù)兩個(gè)小時(shí)。新的UCSD植入物沒有這個(gè)限制。這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然技術(shù)》雜志上。

該研究的第一作者之一Mehrdad Ramezani說：“由于電子記錄沒有這些限制，我們的技術(shù)使得進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)成為可能，在實(shí)驗(yàn)中，受試者可以自由移動(dòng)并執(zhí)行復(fù)雜的行為任務(wù)。”“這可以讓我們更全面地了解動(dòng)態(tài)、真實(shí)場(chǎng)景中的神經(jīng)活動(dòng)?！彼a(bǔ)充說。 接下來，研究人員將在其他動(dòng)物模型上測(cè)試他們的植入物，并著眼于最終的人體試驗(yàn)。他們還與美國(guó)和歐洲的其他實(shí)驗(yàn)室分享了他們的發(fā)現(xiàn)，希望能加快這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。 Kuzum說：“這項(xiàng)技術(shù)可以用于許多不同的基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)研究，我們渴望盡自己的一份力量，讓科學(xué)家們更好地了解人類大腦的進(jìn)程?！?/p>

審核編輯：黃飛