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黑客帝国成真:MIT找到联通电脑人脑方法

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克里斯蒂娜(Christina Tringides),MIT的资深专家,研究小组成员,手中拿着这种新的多功能纤维,可以把光学信号和药物直接传到大脑,并通过电子控制面板持续监控不同输入在大脑产生的效果。

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这种方法制造的高分子聚合物纤维不仅更软、更富弹性,看上去也更像自然神经。

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在单一纤维中组合不同的通道,能够精确映射神经活动,并最终帮助实现神经失调的治疗,而这无法用单功能神经探针实现。

据国外媒体报道,实现人脑和电脑的“联通”一直是科幻小说的“圣杯”。不过现在,MIT的科学家发现了可以将科幻变成现实的新纤维,这种新纤维比头发丝还细。他们表示自己制造的系统可以把光学信号和药物直接送入大脑,并通过电子控制面板来持续监控不同输入在大脑产生的效果。“通过采用比之前设备更有机的方式,我们构建了和大脑组织进行沟通的新型神经接口。”MIT的研究人员,材料科学工程助理教授Polina Anikeeva说。

因为人脑不仅规模庞大,而且同时会使用多种信号,所以对它的研究本来就非常困难。此外,传统的神经探针只能记录一种信号,也限制了任意时刻从大脑导出的信息量。但现在,通过使用比头发丝还细的复杂纤维,MIT的科学家可能找到了消除这种限制的新技术。利用这种纤维,他们制造的系统可以把光学信号和药物直接送入大脑,并通过电子控制面板来持续监控不同输入的效果。

这种新技术已经在《自然生物科技》上发表。Anikeeva说:“当前神经假体存在一个大问题:用于神经记录和激励的设备都是金属、半导体或者玻璃材料,把这些设备植入人体后,人体的正常活动都会损伤设备附近的组织。因为这些材料既坚硬又锋利,而人只要稍微活动一下,人的大脑也会产生相应活动,这样最终就损坏了大脑组织。”但这种新技术使用的新纤维是用高分子聚合物制造,而这种聚合物和神经组织特性很相似,使得它在不损害周围精细脆弱的大脑组织的条件下,能在人体待更长时间。

为达到这种效果,科学家采用了一种新纤维制造工艺,这种新工艺由MIT的材料科学教授Yoel Fink领导的小组率先研发,之前用在了光电学和其它应用中。Anikeeva解释说:“这种方法最终制造的高分子聚合物纤维不仅更软、更富弹性,看上去也更像自然神经。”

新纤维制造工艺的关键在于制造大量预制品,预制品纤维内部需要被分成所需的多个通道:光波导通道传播光,空心管通道运送药物,导电电极通道传播电信号。科学家会首先得到预制品的高分子聚合物模板,尺度数量级在英寸(2.54厘米)。随后,预制品受到加热变软,被拉成更细的纤维,但会保持相同的多通道结构。单次拉长可以使纤维变细200倍,这样通过不断重复拉长,纤维就会越来越细,直到纳米级别。尽管几英寸长的单个预制品就能制造几百英尺(30.48厘米)的纤维,但必须小心的选择材料,这些材料必须能在相同温度下变软。在纤维变细的过程中,纤维在英寸尺度下具有的特性在纳米尺度下仍然得到了保持。

通过在单纤维中组合不同的通道,就能精确映射神经活动。比如,光通道传输的光可以实现光遗传技术神经激励,产生的影响可由嵌入电极监控。与此同时,可通过空心管将单一或者多种药物注入大脑,神经元的相应电信号也会被记录,从而能够实时判定药物的真实作用。这样,就能同时模拟大脑的多种信号,最终帮助实现神经失调的治疗,而单功能神经探针是无法实现这种功能的。

MIT的科学家表示,这种新的植入设备系统可以在不伤害大脑组织的情况下向大脑传递光信号、注射药物。此外,只需制造相关任务所需的特定通道组合,这个植入系统也可以被调整以应用到特定的研究或治疗中。Anikeeva说:“你可以得到应用范围很广的设备。此外,这种纤维制造的系统最终可能帮助实现大脑、脊髓不同区域反应的精确映射,它也可能催生出能长期植入人脑,以治疗某些疾病(帕金森等)的设备。”

John Rogers——美国伊利诺伊大学香槟分校的材料科学工程和化学教授,他没有参与这项研究。不过他表示:“他们的新技术描述了一种迷人的多用途纤维,专门用来植入大脑,并通过电、光、流体方法来激励和记录大脑神经行为。他们的成果意义深远,将扩充对大脑功能基本理解的发展至关重要的工具集。”

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