玉米大学研发微小脑芯片，实现无线脑活动监测

快速阅读: 康奈尔大学研发出一种比盐粒还小的神经植入物，可在小鼠体内无线传输大脑信号长达一年，为神经科学研究开辟新途径。

不断发展的研究正逐步将科幻变为现实。神经植入物——能够读取或刺激大脑活动的微型装置——已经进入人体试验阶段，展示了技术与神经科学交汇时的可能性。尽管初步结果显示这一概念可行，但目前的竞争焦点在于使这些系统更小、更安全、更可靠。

开发者和慈善家都设定了雄心勃勃的目标：从仅凭思维控制计算机和假肢，到恢复瘫痪后的运动功能，再到实时监测神经系统疾病。

现在，康奈尔大学的研究人员取得了重大进展。他们开发了一种比盐粒还小的神经植入物，可以无线传输来自大脑内部的信号。其研究成果发表在《自然电子学》上，显示这种微小植入物在健康小鼠体内连续一年以上发送了清晰、不间断的数据。

这是迄今为止设计出的功能最强大的神经植入物，证明先进科技可以缩小至曾经认为不可能的程度。以细胞尺度测量大脑活动并最大限度地减少侵入性，可能为了解生物体如何生长、适应及衰退打开全新的窗口。

研究人员面临的挑战之一是规模问题。即使是最细的有线植入物也可能因大脑随呼吸或心跳微妙移动而刺激周围组织。这种摩擦和拉扯可能导致炎症和疤痕形成，限制此类设备的使用寿命。

为避免这种情况，科学家们一直在探索无绳或无线系统。无线电波、超声波或光都可以用来传输能量和数据。每种方法都有各自的安全性、精确度和能效权衡。

经过综合考虑，康奈尔团队设计了一种完全依赖光运行的微尺度光电无绳电极（MOTE）。红色和红外激光束可以安全穿过头骨和脑组织提供能量。反过来，该装置利用红外光将记录的大脑活动传回。

整个系统依靠光来供能和通信。正如新闻稿所述，由铝镓砷半导体二极管捕捉入射光为电路供电，然后发出红外光传送数据。低噪声放大器和光学编码器，类似于日常微芯片中使用的半导体技术，负责信号处理。

最终成果是一个全长仅300微米、宽70微米的全功能植入物。

研究小组首先在细胞培养中测试了该植入物，随后将其植入小鼠的桶状皮层——处理胡须感觉输入的大脑区域。整整一年里，这个微小的植入物追踪了从单个神经元放电到更广泛的大脑活动波动的所有变化，而小鼠保持健康且行为正常。

“据我们所知，这是最小的能够测量大脑电活动并通过无线方式报告的神经植入物，”研究合著者、康奈尔大学教授阿洛沙·莫尔纳在新闻稿中说，“通过使用脉冲位置调制编码——与卫星光学通信中使用的相同编码——我们可以用非常少的能量进行通信，并成功地通过光学手段获取数据。”

莫尔纳和他的团队相信，MOTE的材料组成有一天可能允许它在MRI扫描期间收集大脑数据，这目前大多数植入物都无法实现。

除了神经科学领域外，类似的设计还可以用于研究其他组织，如脊髓，甚至可以嵌入人工颅骨板中，创建长期、完全集成的神经接口。

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