把我们的大脑和电脑连接起来,可能会有很多令人兴奋的应用——从用我们的思想控制机器人假肢,到通过将摄像机信号直接输入我们大脑的视觉中心来恢复视力。

迄今为止,大多数脑机接口研究都是使用脑电图(EEG)进行的,即将电极放置在头皮上,以监测大脑的电活动。然而,要获得非常高质量的信号,需要一种侵入性更强的方法。

不过,将电子设备与活体组织整合起来是很复杂的。直接插入灰质的探针已经出现了几十年,但尽管它们能够高度精确地记录,但由于疤痕组织的堆积,信号往往会迅速退化。皮质电描记术(ECoG)是一种将电极置于头骨下方但位于灰质上方的技术,已经成为一种受欢迎的折衷方法,因为它可以在更低的疤痕形成风险的情况下获得更高的记录精度。

但现在,德克萨斯大学的研究人员发明了一种新的探针,这种探针非常薄,而且柔韧,不会引起疤痕组织的形成。与更大、更硬的传统探针不同,它们在植入时不会对大脑组织造成重大损害,而且它们还能顺应大脑的自然运动。

最近的研究发表在杂志上科学的进步,研究小组证明,这种探针能够可靠地记录老鼠个体神经元的电活动长达4个月。这种稳定性表明,这些探针可以用于长期监测大脑,用于研究或医学诊断,以及控制假肢,领导该研究的大学生物医学工程系助理教授谢冲(Chong Xie)说。

除了神经修复术,它们还可以用于神经调节,通过电极产生神经刺激,”他在邮件中告诉Singularity Hub。188金宝搏app1.1.94“我们还用它们来研究神经血管和神经退行性疾病的进展,如中风、帕金森症和阿尔茨海默症。”

该小组设计了两种探针,一种50微米长,另一种10微米长。较小的探针的横截面只有神经元的一小部分,研究人员说,就他们所知,这是所有已报道的神经探针中最小的。

由于探针非常灵活,它们不能被自己推入大脑组织,所以它们需要使用一种叫做“穿梭装置”的硬杆来引导。以前的航天飞机设备设计比新的探测器要大得多,经常会导致严重的脑组织损伤,所以该小组创造了一种新的碳纤维设计,直径只有7微米。

然而,目前只有25%的记录可以追踪到单个的神经元——因为每个神经元都有其特有的波形——其余的都太不清晰,无法区分。

在我看来,唯一的解决办法是在大脑中以阵列或晶格的形式放置许多电极,这样任何神经元都可以与电极保持合理的距离。”“因此,所有封闭的神经元都能被记录下来,并得到很好的分类。”

Chong说,这是一个具有挑战性的问题,但新探针的一个优点是,它们的小尺寸使其可以在几十微米的距离内植入探针,而传统探针需要几百微米的距离。这为探针之间的检测范围重叠提供了可能,尽管研究小组仍然只能持续地植入精度为50微米的探针。

匹兹堡大学(University of Pittsburgh)生物工程系助理教授小哉隆(Takashi Kozai)一直从事超小型神经探测器的研究。他说,还需要做进一步的实验来证明,这些从麻醉过的大鼠身上收集到的录音确实包含有用的神经代码。这可能包括在视觉上刺激动物,并试图记录视觉皮层的活动。

他还补充说,很多计算神经科学都依赖于对记录部位之间的精确间隔的了解。由于自然组织运动,柔性探针能够迁移,这一事实可能会带来挑战。

但是他说,这项研究“确实显示了技术发展的一些重要进展,最重要的是,概念验证的可行性”,他补充说,“在这项技术得到广泛应用或付诸实践之前,显然还有更多的工作需要做。”

在哈佛大学(Harvard University)的查尔斯·m·利伯(Charles M. Lieber)手下工作期间,钟教授曾研究过另一种很有前途的神经记录方法。去年6月,这个小组展示了一种网状柔软,导电聚合物螺纹点缀电极它可以用注射器注射到老鼠的头骨中,然后展开注射器来记录和刺激神经元。

由于95%的网状物是自由的,太空细胞可以自行安排在它周围,研究报告五周后没有免疫反应升高的迹象。但是植入需要一个直径为100微米的注射器,这比Chong实验室开发的新型超小型探针造成的伤害要大得多。

探测器在人体上进行测试可能还需要一段时间。”主要的障碍是,这仍然是一种侵入性的外科手术,包括颅骨手术和把设备植入脑组织。”但是,他说,该小组正在考虑在癫痫患者身上测试这种探针,因为通常的做法是将电极植入那些对药物没有反应的患者的头骨中,以定位他们大脑中负责癫痫发作的区域。

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