它可能看上去像其它螺線一樣,但卻是一種奇特的纖細柔韌電極,有助于徹底地提高我們大腦的認知能力,建立人類和計算機之間較好的交互界面。
研究小組最新設計的碳纖維電極僅有7微米直徑
這種高傳導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細胞進行“傾聽”。其末端傳導性凝膠墊與軟細胞膜連接在一起,這種近距離連接意味著能夠清晰地獲得大腦細胞的信號。
美國密歇根大學最新研制的這種微觀螺線,比類似設計纖細10倍,最終可實際用于長期勘測神經活動性。這項技術將用于發送信號至仿真假肢,克服較大電極植入身體后出現的炎癥現象。
駐留免疫細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胞之間的通訊。目前,這種最新研制的電極是由生物醫學工程教授達里爾-基普克和化學工程學教授約爾格-拉漢等研究人員共同研制的,這是一種高傳導性碳纖維螺線,覆蓋著塑料來屏蔽其它神經細胞的信號。
研究小組成員尼古拉斯-卡多夫說:“這是一項重大科學進步,電極直徑大約7微米,之前類似設計的直徑大約25~100微米。凝膠墊甚至能讀懂細胞之間的語言。”通過電荷離子或原子移動,電子脈沖能夠在大腦組織中傳播,同時,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電極可以響應離子,有效地以電子設備的語言傳輸大腦信號。為了證實這些電極如何“傾聽”真實神經細胞,基普克帶領研究小組將這種電極植入老鼠的大腦組織中。
這種電極的狹窄側面使其正好聚焦于一個神經細胞,研究小組能夠看到清晰的電子信號穿過這種微小纖維結構。為了獲得特珠信號發送到假肢,傾聽單個神經細胞有助于揭曉大腦的神秘謎團。
卡多夫說:“神經細胞之間是如何進行通訊的?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將揭曉其中的秘密。由于該設備非常小,我們可以將新興光學技術結合在一起,從而可視化觀測大腦神經細胞接收電子信號時的狀況。這將在細胞和網絡等級理解大腦是如何運行的。”
基普克強調,研究小組測試的這種電極并未進入臨床測試階段。目前,為了更長時間地“傾聽”大腦神經細胞,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,且不會帶來嚴重損傷。
僅通過6個星期的測試,研究小組并不能完全確定這種電極的長期有效性,但研究結果頗有發展前景。雖然短期內我們無法看到機械手臂或者類似鋼鐵俠一樣的機械裝束,但基普克非常樂觀,認為未來十年仿生假肢將與大腦組織建立連接。目前,這項研究報告發表在《自然材料學》雜志上。
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