脑机接口新突破！透明植入物揭秘大脑深层活动

美国一组科学家发明了一种薄而透明的神经植入物。这种植入物是一种纤薄、透明、柔韧的聚合物条，可紧贴大脑表层。它既可以监测大脑表层的活动，也可以提供深层活动的信息。

据报道，美国一组科学家发明了一种薄而透明的神经植入物，可以监测大脑表层的活动，也可以提供深层活动的信息。他们认为，这将产生一个准确但侵入性较小（微创）的脑机接口。 虽然让计算机读取大脑活动的植入物正在稳步发展，但该领域仍存在一个根本性的难题。读取我们大脑灰质深处活动的植入物由探针组成，这些探针会引起炎症和疤痕等问题，它们提供的信号也会随着时间的推移而退化。 但与此同时，放置在大脑表层的植入物没有这样的问题，不过它们只能给科学家提供掠过大脑表层的信号。有鉴于此，美国加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的研究人员现在已经迈出了解决这个问题的一步。 具体而言，这种植入物是一种纤薄、透明、柔韧的聚合物条，可紧贴大脑表层。长条上嵌入了高密度的微小圆形石墨烯电极阵列，每个电极直径为20微米。每个电极通过一根微米粗细的石墨烯导线与电路板相连。

在实验中，在将其放置在转基因小鼠的大脑上后，研究小组能够读取啮齿动物大脑表层信号。然而，真正的进步在于这种薄膜是透明的。这使得研究人员可以同时发射激光穿过它，并使用双光子显微镜来成像位于表面下250微米深处的神经元的钙离子尖峰。钙是神经元相互传递数据的关键成分。 然后，研究人员能够训练机器学习模型来建立表面活动和深层活动之间的联系，实际上是教会它根据传感器从表面信号中获取的信息来理解大脑深处发生的事情。 “我们正在利用这项技术扩大神经记录的空间范围，”该研究的资深作者Duygu Kuzum说：“尽管我们的植入物位于大脑表层，但它的设计超越了物理感知的限制，因为它可以从更深层推断神经活动。” 研究人员还指出，目前，为了观察大脑内钙的活动，科学家需要将受试者的头部固定在显微镜下，这一过程最多持续两个小时。新的UCSD植入物没有这个限制。这项研究发表在《自然技术》杂志上。

该研究的第一作者之一Mehrdad Ramezani说：“由于电子记录没有这些限制，我们的技术使得进行更长时间的实验成为可能，在实验中，受试者可以自由移动并执行复杂的行为任务。”“这可以让我们更全面地了解动态、真实场景中的神经活动。”他补充说。 接下来，研究人员将在其他动物模型上测试他们的植入物，并着眼于最终的人体试验。他们还与美国和欧洲的其他实验室分享了他们的发现，希望能加快这项技术的发展。 Kuzum说：“这项技术可以用于许多不同的基础神经科学研究，我们渴望尽自己的一份力量，让科学家们更好地了解人类大脑的进程。”

审核编辑：黄飞