当Jan Scheuermann自愿接受大脑植入实验时,她并不知道自己正在创造神经科学的历史。

手术时54岁的Scheuermann已经因神经疾病瘫痪了14年,这种疾病切断了她大脑和肌肉之间的神经连接。她还能感觉到自己的身体,但四肢已经不能动了。

Scheuermann没有两个纽扣电气植入物插入她的电机皮质。植入物通过从她的头骨突出的两束电缆将她的大脑束缚在机器人臂上。

Scheuermann的赌注已收回。只需几天的练习,她能够为自己的思想带来一个巧克力,以控制假肢。

那是2012年。自从以来,脑机接口的领域已经着火了。

神经修复的原型已经可以让瘫痪的散步盲人看到当然,效果还远远不够完美。各种外骨骼和视网膜植入物正在稳步通过人体试验,力争在本世纪末进入大众市场。未来的大脑植入可能更加大胆,帮助恢复老年人或给予健康的脑子

但我们还没到那一步。电极——这些设备的心脏——也要承担部分责任。

“使用电极靶向特定的大脑电路就像将疯子带到蚂蚁一样。”

大多数电极都有一个印章阵列,可激活其附近的任何神经元。将它们用来瞄准特定的大脑电路就像为蚂蚁带来狂欢,你会得到目标,也刺激成千上万的其他细胞,并且可能导致意外的效果。

他们也不喜欢生物环境。大脑中的化学物质随着时间的推移侵蚀电极,并且外来植入物通常导致周围组织瘢痕。由于疤痕组织不能导电,因此它使电极无用。

为了解决这些问题,一个来自哈佛和帕洛阿尔托研究中心回到了绘图板。最近,他们发表的研究在嵌入在硅中的微小薄铜卷材制成的一种新型植入物。与其前辈不同,微壳使用磁波而不是电力来刺激大脑。

“我们现在对这些线圈迷恋,”领导作者雪莱博士炒当时。事实上他们是。5月,该团队正在炸怪物纪念枢纽在猴子的视觉皮层中测试他们的植入物。188金宝搏app1.1.94目标?为了人为地重新创建通常来自眼睛的活动模式 - 并且让猴子“看到”世界而没有使用他们的视线。

奇迹磁铁

使用磁铁到调整大脑活动的声音奇异,但科学家们有长期利用磁场来治疗严重的抑郁和焦虑。

这种名为“经颅磁刺激”(transcranial magnetic stimulation, TMS)的疗法通常使用一根8字形的魔杖,科学家在患者头骨的某些部位挥舞。该设备发送集中的电磁波脉冲,通过头骨,触发微小的电场。根据磁场的方向,它们可以震动或抑制特定神经元的活动。

电磁波也能轻易穿透疤痕组织,使之成为长期使用的理想选择。

但是经颅磁刺激有一个尺寸问题。弗里德说:“即使是最精确的经颅磁刺激线圈,也没有任何选择性地激活更大的区域。”目前的障碍是制造足够小的线圈,在植入时不会失去效果。

使用算法,团队使用不同的设计,直到他们发现最佳的装置配置:微小的金属线圈,每个薄的头发比单股头发更薄。通常,线圈是惰性的;当电力通过时,它们会产生令人惊讶的强磁场 - 足以刺激神经元。

弗里德解释说,因为它们非常小,“微线圈允许对激活进行更精细的控制”,以至于该团队可以在皮质的薄垂直部分中具体控制某些类型的神经元。

然后将线圈包裹在生物相容性硅鞘中。这使得大脑不太可能攻击植入物并减少疤痕的可能性。

该团队首先在培养皿中的小鼠脑切片上测试了它们的装置,以确保微胶质可可靠激活神经元。

“T他的植入始终如一地像梦一样工作:精确、灵敏、安全。”

然后,使用薄的长针,它们将线圈插入到控制晶须运动的鼠标大脑的区域中。线圈被拴在电缆上以供电,但后来几代人可能会利用无线技术。

当研究人员激活了该设备时,鼠标将其晶须向前,背部或两种方式传递 - 取决于刺激的模式。在多次试验中,植入物一直像梦想一样工作:精确,响应和安全。

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结果非常有希望,该团队立即计划与灵长类科学家合作,在治疗目标上测试该设备:恢复视力。

新的努力将由理查德博士出生,哈佛医学院的神经生物学家,以及世界上灵长类动物视觉皮层的专家之一。188体育365初步实验将专注于使用单片机诱导广阔的光明感。如果一切顺利,该团队将跟进线圈数量以尝试诱导更空间复杂的模式。

他们正在进入一个新兴的领域。

一些视网膜义肢已经在开发中,它们都依赖于电极微阵列。这些设备虽然改变了人们的生活,但通常只能产生颗粒状和黑白的图像。另一种潜在的治疗方法完全避免植入,而是期待基因疗法和视验让盲人患者回到他们的视野 - 一个很酷的想法,但一个伴随着自己的挑战。

“通过将活动人工输入视觉皮层,我们或许可以欺骗大脑,让它不需要眼睛就能‘看’东西。”

微胶质研究突出了野心。该团队而不是尝试更换视网膜,专注于可视信息处理的最终节点:Visual Cortex。Visual Cortex是一个主计算机:它综合来自眼睛的所有信息,将电尖峰转化为物体,面部和运动。这一切都是:活动模式。

通过人为地将类似的活动输入视觉皮层,我们或许可以欺骗大脑,让它不需要眼睛就能“看到”事物。这个想法很难用电极来测试,主要是因为它们缺乏技巧。由于电极通常会将激活作用扩散到非目标神经元,因此它们会在图像中引入太多的噪音,让人难以理解。

由于它们诱导的激活是如此精确,微线圈可能最终克服这个问题。

“植入视觉皮层的假肢可用于治疗比视线装置更广泛的视觉功能障碍,”炒。

视网膜假肢主要限于外视网膜退行性疾病。相比之下,皮质设备“可用于所有形式的失明,包括青光眼,中风甚至创伤眼睛损伤,”她解释道。

和愿景只有第一步。

如果成功,可以在其他脑区测试微梳子,例如受帕金森病或抑郁症蹂躏的那些。它们甚至可以用来增加现有的神经假体,例如耳蜗植入物。在大脑之外,它们可用于刺激肠道中数百万神经元,这可能有助于肠综合征甚至肥胖的人。

虽然微罩刚刚开始在灵长类动物中进行测试,但这些应用可能不是很远的。如果灵长类动物实验成功,则对人类测试优化相同的技术。团队希望在2018年开始人类测试。

“我认为现在说线圈将成为未来的方法还为时过早,但我认为它们绝对有可能成为未来的方法。”油炸食品。

图片来源:在上面

范雪来是一位神经科学家出身的科学作家。她在不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia)完成了神经科学博士学位,在那里她开发了神经退化的新疗法。在研究生物大脑时,她开始对人工智能和所有生物技术着迷。毕业后,她搬到了加州大学旧金山分校,研究以血液为基础的因素,使衰老的大脑恢复活力。她是……

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