連通意識(shí)的碳微電極

將人類大腦與計(jì)算機(jī)相連，不光是一個(gè)生物學(xué)問題，也是一個(gè)材料科學(xué)問題。接口既要足夠精細(xì)，不會(huì)損傷神經(jīng)組織，又要足夠堅(jiān)韌，可以維持?jǐn)?shù)十年。什么樣的接口才能達(dá)到要求？

科研人員研制出一種“神經(jīng)接口”，由單根碳纖維制成，外有化學(xué)涂層與腦中的蛋白質(zhì)隔開。

這種新型微電極的直徑僅7微米，用于記錄單個(gè)神經(jīng)元發(fā)放的信號(hào)。這也是目前為止最細(xì)的電極，比過去研究動(dòng)物大腦所用的傳統(tǒng)金屬電極大約細(xì)了100倍。

“我們當(dāng)時(shí)想看看能不能徹底改變移植技術(shù)。”匹茲堡大學(xué)的研究人員、文章的第一作者Takashi Kozai說，“我們希望看到一種耐用70年的電極。”該文近日發(fā)表在《自然-材料學(xué)》上。

科研人員需要耐用的電極來改善腦機(jī)接口。根據(jù)初步研究，腦機(jī)接口系統(tǒng)可以讓癱瘓人士得以控制機(jī)械臂或者鼠標(biāo)。當(dāng)大鼠運(yùn)動(dòng)胡須或四肢癱瘓者試圖運(yùn)動(dòng)手臂時(shí)，神經(jīng)元會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，而科研人員用電極記錄下單個(gè)腦細(xì)胞的發(fā)放，試圖解碼表征這些運(yùn)動(dòng)的信號(hào)。

匹茲堡大學(xué)另一名未參與該項(xiàng)目的腦機(jī)接口專家安德魯·施瓦茲（Andrew Schwartz）表示：“這很好地證明了，這些纖維可以被隔開（并且）具有有效的記錄表面。”不過他也提醒說，要把這么纖細(xì)、柔韌的電極插進(jìn)腦組織并固定，不是件容易的事。施瓦茲提到，在研究項(xiàng)目中，好些動(dòng)物的記錄出了問題。

施瓦茲說，人們普遍認(rèn)為小纖維是“好東西，因?yàn)榇竽X似乎會(huì)‘忽略’它們的存在。”傳統(tǒng)電極由于受周圍疤痕組織的影響通常用了幾年就不能繼續(xù)記錄信號(hào)了。為了讓電極更好用，科研人面還在電極的尖端涂了一種聚合物，幫助電極拾取電信號(hào)。

在人體志愿者身上開展的實(shí)驗(yàn)中，施瓦茲采用了一種名叫“猶他電極組”的技術(shù)，這種技術(shù)已有15年歷史，是把大約100根金屬電極剛性排列在大小和計(jì)算機(jī)鍵盤上的字母Q相當(dāng)?shù)拿娣e內(nèi)。

最新工作由Daryl Kipke領(lǐng)導(dǎo)的密歇根神經(jīng)工程實(shí)驗(yàn)室所完成，他本人還在出售神經(jīng)記錄儀的公司NeuroNexus擔(dān)任CEO。Kipke說已經(jīng)提交了一項(xiàng)和該研究有關(guān)的專利申請。