美研制微型碳纖維電極可傾聽大腦神經(jīng)細(xì)胞

《黑客帝國》中在男主人公頭部插入電極便可連接一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)今美國科學(xué)家最新研制新型碳纖維電極可以實(shí)現(xiàn)。
　　
它可能看上去像其它螺線一樣，但卻是一種奇特的纖細(xì)柔韌電極，有助于徹底地提高我們大腦的認(rèn)知能力，建立人類和計(jì)算機(jī)之間較好的交互界面。

研究小組最新設(shè)計(jì)的碳纖維電極僅有 7 微米直徑藝術(shù)家描繪的大腦神經(jīng)細(xì)胞組織，科學(xué)家最新研制的微型電極能夠?qū)Υ竽X神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行監(jiān)控和交互

　　這種高傳導(dǎo)性碳纖維螺線覆蓋著塑料，它非常纖小，能夠放置在大腦神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行“傾聽”。 其末端傳導(dǎo)性凝膠墊與軟細(xì)胞膜連接在一起，這種近距離連接意味著能夠清晰地獲得大腦細(xì)胞的信號。

　　美國密歇根大學(xué)最新研制的這種微觀螺線，比類似設(shè)計(jì)纖細(xì) 10 倍，最終可實(shí)際用于長期勘測神經(jīng)活動(dòng)性。這項(xiàng)技術(shù)將用于發(fā)送信號至仿真假肢，克服較大電極植入身體后出現(xiàn)的炎癥現(xiàn)象。 123456

　　駐留免疫細(xì)胞能夠探測到介入和攻擊，感染大腦組織并阻止電極和大腦細(xì)胞之間的通訊。目前，這種最新研制的電極是由生物醫(yī)學(xué)工程教授達(dá)里爾-基普克和化學(xué)工程學(xué)教授約爾格-拉漢等研究人員共同研制的，這是一種高傳導(dǎo)性碳纖維螺線，覆蓋著塑料來屏蔽其它神經(jīng)細(xì)胞的信號。

　　研究小組成員尼古拉斯-卡多夫說：“這是一項(xiàng)重大科學(xué)進(jìn)步，電極直徑大約 7 微米，之前類似設(shè)計(jì)的直徑大約 25-100微米。凝膠墊甚至能讀懂細(xì)胞之間的語言。”通過電荷離子或原子移動(dòng)，電子脈沖能夠在大腦組織中傳播，同時(shí)，信號以相同方式在凝膠墊傳輸。

　　另一方面，這種碳纖維通過移動(dòng)電極可以響應(yīng)離子，有效地以電子設(shè)備的語言傳輸大腦信號。為了證實(shí)這些電極如何“傾聽”真實(shí)神經(jīng)細(xì)胞，基普克帶領(lǐng)研究小組將這種電極植入老鼠的大腦組織中。 123456

　　這種電極的狹窄側(cè)面使其正好聚焦于一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，研究小組能夠看到清晰的電子信號穿過這種微小纖維結(jié)構(gòu)。為了獲得特珠信號發(fā)送到假肢，傾聽單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞有助于揭曉大腦的神秘謎團(tuán)。

　　卡多夫說：“神經(jīng)細(xì)胞之間是如何進(jìn)行通訊的？它們是大腦信號處理的通道嗎？使用我們最新研制的碳纖維螺線未來或?qū)⒔視云渲械拿孛堋Ｓ捎谠撛O(shè)備非常小，我們可以將新興光學(xué)技術(shù)結(jié)合在一起，從而可視化觀測大腦神經(jīng)細(xì)胞接收電子信號時(shí)的狀況。這將在細(xì)胞和網(wǎng)絡(luò)等級理解大腦是如何運(yùn)行的。”

　　基普克強(qiáng)調(diào)，研究小組測試的這種電極并未進(jìn)入臨床測試階段。目前，為了更長時(shí)間地“傾聽”大腦神經(jīng)細(xì)胞，或者幫助人們像控制正常肉身肢體一樣控制假肢，這種電極需要植入大腦組織中許多年，且不會(huì)帶來嚴(yán)重?fù)p傷。

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　　僅通過 6 個(gè)星期的測試，研究小組并不能完全確定這種電極的長期有效性，但研究結(jié)果頗有發(fā)展前景。雖然短期內(nèi)我們無法看到機(jī)械手臂或者類似鋼鐵俠一樣的機(jī)械裝束，但基普克非常樂觀，認(rèn)為未來十年仿生假肢將與大腦組織建立連接。目前，這項(xiàng)研究報(bào)告發(fā)表在《自然材料學(xué)》雜志上。