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纵观前史,跨范畴技能交融的发展会周期性地抵达一个临界点,并由此发生了日新月异的科技进步,如艾伦大脑图谱和人类基因组计划。
近来,宣布在《Nature Biotechnology》的一篇名为“大脑中的精细电子医学(Precision electronic medicine in the brain)”的研讨中,来自美国哈佛大学医学院和麻省总医院的两位科学家Charles M. Lieber和Shaun Patel以为,神经技能现在正处于兴起的风口浪尖。
Patel说:“下一个前沿将是人类认知与机器的交融。像Lieber教授开发的网状电子设备是与大脑相关疾病个性化电子疗法的根底。全部从根本上都体现在大脑中,包含咱们一切的主意、感觉和任何类型的疾病。”
图片来历:《Nature Biotechnology》
现在,科学家们能够确认大脑中决议计划、学习和心情发生的区域,但要追寻特定神经元的行为依然是一个应战。这意味着,当大脑的杂乱回路因成瘾、阿尔茨海默症等神经退行性疾病,乃至天然变老等精力问题而呈现缠结或退化时,医师只要两种挑选:药物或植入电极。这两种办法都可能对大脑发生预期之外的影响。在某些情况下,副效果可能会更严峻。尽管深部脑影响的效果是瞬间的,但随时刻的消逝,大脑的免疫体系会将坚固的植入物视为异物,神经免疫细胞(胶质细胞)会吞噬感觉到的入侵者,置换乃至杀死神经元,下降设备保持医治的才能。
Lieber和Patel以为,当时的技能仅仅权宜之计。他们在论文中写道:“不断发展的研讨会集在神经体系和电子设备之间的接口上,这一范畴的研讨成果有助于完成细胞水平靶向疗法的植入物。个性化的电子医治将为神经退行性疾病和神经精力疾病供给新的医治形式,强有力地操控假肢在退化性疾病、伤口和截肢中的功用康复, 乃至增强人类的认知才能。总的来说,咱们信任,相似安排的电子技能发展将使微创设备能够树立一个安稳的长时刻细胞神经接口,并为缓慢神经体系疾病供给长时刻医治。”
为了完成这一意图,Lieber的实验室规划了一种更小、更灵敏的脑电子植入物,它能够跟着脑安排移动,而不会被视为异物。这个网状电子设备模拟了实在神经元的巨细、形状和触觉,能够记载、盯梢和调理单个神经元和脑回路,持续时刻长达一年或更久,而且几乎不会引起免疫反响。此外,Lieber的电子设备现已展示出自己一个有价值的功用,它能够“鼓舞”神经元搬迁,潜在地引导重生神经元抵达受损区域,比方中风形成的脑损伤。
研讨人员表明,这意味着该技能终究能够盯梢特定神经亚型的沟通办法,然后能够得出更明晰且更准确的大脑通讯网络图。有了更高分辨率的靶点,未来的电极能够更高精度地作业,然后消除了不必要的副效果。而且,Patel表明,它们能够被调整来医治任何神经体系疾病。
Lieber和Patel希望,接下来的作业重点是高度灵敏的网状探针,它具有高密度的记载和影响电极,能够与老练的硅基处理器芯片衔接,终究完成无缝的“神经-电子体系”, 乃至还能够医治阿尔茨海默症等大脑疾病。
图片来历:《Nature Biotechnology》
他们说,在那之后,自适应电极能够对假肢乃至瘫痪的肢体供给更好的操控,而且跟着时刻的推移,可能会起到神经替代品的效果,替换损坏的电路以重建损坏的通讯网络并依据实时反应进行从头校准。
Lieber说:“假如你能以一种准确而长时刻的办法进行互动,并供给反应信息,你就能够真正与大脑进行沟通,就像大脑内部的沟通相同。”
网状电子设备依然有几个首要的应战需求战胜:添加植入电极的数量、处理植入电极传输的海量数据流,并将信息反应到体系中以完成实时校准。
Lieber说:“我常常恶作剧说,我这样做是因为我的记忆力比曾经差了一点,这是天然的变老现象。但这一定是不可避免的吗?找个对治的办法呢?”
Patel说:“这项技能的潜力是巨大的。在我看来,它正处于开端阶段,就像晶体管与无线通讯到来之前那样。”
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