腦機接口新突破！透明植入物揭秘大腦深層活動

美國一組科學家發(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)測大腦表層的活動，也可以提供深層活動的信息。

據(jù)報道，美國一組科學家發(fā)明了一種薄而透明的神經(jīng)植入物，可以監(jiān)測大腦表層的活動，也可以提供深層活動的信息。他們認為，這將產(chǎn)生一個準確但侵入性較?。ㄎ?chuàng)）的腦機接口。 雖然讓計算機讀取大腦活動的植入物正在穩(wěn)步發(fā)展，但該領(lǐng)域仍存在一個根本性的難題。讀取我們大腦灰質(zhì)深處活動的植入物由探針組成，這些探針會引起炎癥和疤痕等問題，它們提供的信號也會隨著時間的推移而退化。 但與此同時，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家提供掠過大腦表層的信號。有鑒于此，美國加州大學圣地亞哥分校（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。長條上嵌入了高密度的微小圓形石墨烯電極陣列，每個電極直徑為20微米。每個電極通過一根微米粗細的石墨烯導(dǎo)線與電路板相連。

在實驗中，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物大腦表層信號。然而，真正的進步在于這種薄膜是透明的。這使得研究人員可以同時發(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，研究人員能夠訓練機器學習模型來建立表面活動和深層活動之間的聯(lián)系，實際上是教會它根據(jù)傳感器從表面信號中獲取的信息來理解大腦深處發(fā)生的事情。 “我們正在利用這項技術(shù)擴大神經(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)計超越了物理感知的限制，因為它可以從更深層推斷神經(jīng)活動?！?研究人員還指出，目前，為了觀察大腦內(nèi)鈣的活動，科學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)兩個小時。新的UCSD植入物沒有這個限制。這項研究發(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)使得進行更長時間的實驗成為可能，在實驗中，受試者可以自由移動并執(zhí)行復(fù)雜的行為任務(wù)?！薄斑@可以讓我們更全面地了解動態(tài)、真實場景中的神經(jīng)活動?！彼a充說。 接下來，研究人員將在其他動物模型上測試他們的植入物，并著眼于最終的人體試驗。他們還與美國和歐洲的其他實驗室分享了他們的發(fā)現(xiàn)，希望能加快這項技術(shù)的發(fā)展。 Kuzum說：“這項技術(shù)可以用于許多不同的基礎(chǔ)神經(jīng)科學研究，我們渴望盡自己的一份力量，讓科學家們更好地了解人類大腦的進程?！?/p>

審核編輯：黃飛