“神經谷粒”網絡成功記錄大腦活動

  • 2021-08-21 09:50
  • 來源: 科技日報

  大部分現有腦機接口係統只能使用一到兩個傳感器進行採樣,而最新出現的神經界面係統,可協調數百個極微小的大腦傳感器的活動。該成果朝著腦機接口的新概念形態邁出了關鍵一步。相關研究近日發表在英國《自然·電子學》雜志上。

  腦機接口作為一種新興的輔助設備,有朝一日可能將幫助大腦或脊髓受損的患者重新獲得行動或交流能力。腦機接口係統依賴于植入式傳感器,這些傳感器負責記錄大腦中的電信號,再借助信號驅動計算機或機械假肢等外部設備。當前大多數腦機接口係統使用一到兩個傳感器對最多數百個神經元進行採樣,但神經科學家們一直希望能通過更多傳感器、從更大規模的腦細胞群中收集數據。

  此次,包括美國布朗大學、貝勒大學等機構工程師在內的研究團隊向著腦機接口的未來新形態邁出了關鍵一步。新研發的係統採用獨立的無線微型神經傳感器組成協調網絡,每個傳感器大約只有一粒鹽的大小,可記錄並刺激大腦活動。這些被稱為“神經谷粒”的傳感器,能夠獨立記錄由激發神經元産生的電脈衝,並將信號無線發送至體外集線器進行協調與處理。

  實驗中,研究團隊展示了使用48個“神經谷粒”傳感器成功記錄嚙齒動物神經活動的重大成果。這些“谷粒”放置在動物的大腦皮層上,成功記錄了與自發大腦活動相關的特徵性神經信號,且數據表明,係統的當前配置可以支持多達770個“神經谷粒”。團隊希望其最終可協調數千個“神經谷粒”,為人們提供一個從未見過的大腦活動“圖景”。

  研究人員表示,腦機接口領域的一大挑戰就是設計出方法來探測大腦中盡可能多的點。他們認為,有朝一日人們將能夠以前所未有的細節記錄大腦信號,從而對大腦工作方式産生新的認知,為大腦或脊髓損傷的人提供全新治療方法。

  總編輯圈點

  這項成果表面上實現了兩大技術突破:其一是可以檢測、放大信號,但卻是足夠小的特殊電子設備;其二是一個可以接收信號的體外集線器。但實際上,這是一次真正的多學科挑戰——其過程必須匯集電磁學、射頻通信、電路設計、制造和神經科學方面的專業知識,才能完成對“神經谷粒”的設計和操作。現階段,要使這個完整的係統走入現實其實還有很多工作要做,但至少最關鍵的一步,科學家們已經邁出。

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責任編輯:李倩 李國棟

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