近日，來自中科院上海微系統(tǒng)所傳感技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員，受到蚊子口器的啟發(fā)，開發(fā)了一種創(chuàng)新的神經(jīng)探針。這種探針具有柔性、可調(diào)節(jié)性、多通道記錄能力、觸覺感知能力、精確的植入模塊以及高分辨率和長期穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在研究神經(jīng)活動(dòng)和開發(fā)腦機(jī)接口技術(shù)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
這一成果的問世將神經(jīng)科學(xué)研究推向了一個(gè)全新的高度。不過該技術(shù)仍處于研究階段，相關(guān)研究內(nèi)容以“A mosquito mouthpart-like bionic neural probe”為題發(fā)表在《Microsystems & Nanoengineering》上。
1、仿生神經(jīng)探針構(gòu)成
據(jù)悉，該探針由三個(gè)主要組成部分構(gòu)成，分別為：柔性神經(jīng)陣列、穿梭針植入模塊和觸覺傳感器。其中，柔性神經(jīng)陣列由128個(gè)通道組成，每個(gè)通道都包含一個(gè)微刺和與之相連的微電極。為了實(shí)現(xiàn)高柔性和可調(diào)節(jié)性，這些微刺和微電極采用了柔性材料，并通過精確的工藝制備而成。這種設(shè)計(jì)允許探針與腦組織緊密接觸，并記錄神經(jīng)信號(hào)。
穿梭針植入模塊由微型管道和穿梭針組成，其中微型管道用于引導(dǎo)探針的進(jìn)入和退出，它能夠?qū)⑷嵝噪姌O探針精確、微創(chuàng)地植入目標(biāo)腦組織，無需硬腦膜移除，且長度可調(diào)的穿梭針可適應(yīng)不同腦區(qū)。
而觸覺傳感器陣列可實(shí)現(xiàn)高靈敏度區(qū)分不同顱內(nèi)組織，通過觸覺傳感器的反饋，研究人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)測探針與腦組織的交互情況，并確保探針的穩(wěn)定性和正確的定位，這種設(shè)計(jì)可作為早期預(yù)警，避免進(jìn)一步的血管損傷。
2、生物學(xué)啟示及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)
在發(fā)表的論文中詳細(xì)記錄了這種仿生神經(jīng)探針的靈感來源，以及研發(fā)過程。
科研人員表示，由于傳統(tǒng)的神經(jīng)探針常常受到尺寸、柔軟性和穩(wěn)定性等方面的影響，限制了對(duì)大腦神經(jīng)活動(dòng)的準(zhǔn)確記錄和長期監(jiān)測能力。因此，他們希望開發(fā)出一種更加柔軟、精確且適應(yīng)性強(qiáng)的探針，以改善神經(jīng)記錄和干預(yù)的效果。
隨后研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)蚊子嘴部的尖端由一系列細(xì)小而鋒利的微刺組成，這些微刺能夠輕易穿透皮膚并插入到血管中。基于這些觀察，他們使用柔軟而強(qiáng)韌的材料制造了微刺，并將其與微電極和其他傳感器組合在一起形成探針。使得探針具有足夠的柔性和彈性，可以適應(yīng)神經(jīng)組織的形態(tài)和運(yùn)動(dòng)。
此外，這種新型神經(jīng)探針還采用了靈活的微電極陣列和高密度的電極通道，能夠穩(wěn)定地記錄多個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，提供更全面和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。研究人員還使用了生物相容性材料和特殊涂層，減少了植入后的創(chuàng)傷反應(yīng)和組織排斥反應(yīng)，提高了設(shè)備的可靠性和長期穩(wěn)定性。
在植入過程中，這種神經(jīng)探針還使用實(shí)時(shí)的機(jī)械和電壓輸出曲線監(jiān)測，確保探針準(zhǔn)確地到達(dá)目標(biāo)位置和深度。為了驗(yàn)證這種仿生神經(jīng)探針在神經(jīng)信號(hào)記錄和腦區(qū)植入方面的有效性和可行性，研究人員進(jìn)行了一系列試驗(yàn)并記錄了探針的表現(xiàn)。
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)
在試驗(yàn)過程中，研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì)仿生神經(jīng)探針進(jìn)行了體外測試。他們使用模擬組織和動(dòng)物模型來模擬實(shí)際的神經(jīng)組織環(huán)境，并評(píng)估探針的插入性能、穩(wěn)定性和記錄效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，仿生神經(jīng)探針能夠減少插入過程中對(duì)組織的損傷，并提供穩(wěn)定的神經(jīng)信號(hào)記錄。
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)記錄
隨后，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，將仿生神經(jīng)探針植入小鼠的大腦組織中。他們監(jiān)測和記錄了神經(jīng)活動(dòng)，并評(píng)估了探針的長期穩(wěn)定性和記錄效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，仿生神經(jīng)探針能夠高效地記錄神經(jīng)信號(hào)，并在長期使用過程中保持穩(wěn)定。
該研究的負(fù)責(zé)人表示，這種仿生神經(jīng)探針有望為神經(jīng)科學(xué)研究和腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展帶來重大突破。通過解決傳統(tǒng)神經(jīng)探針存在的問題，科學(xué)家們可以更深入地研究大腦活動(dòng)，并為治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病和開發(fā)腦機(jī)接口設(shè)備提供新的可能性。
那么隨著進(jìn)一步的研究和發(fā)展，這種仿生神經(jīng)探針的引入是否將徹底改變我們對(duì)大腦的認(rèn)知，為人類生活質(zhì)量的提升帶來革命性的影響呢？
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