近日韓國和美國的科學(xué)家團(tuán)隊發(fā)明了一種可以使用智能手機(jī)控制的微小腦植入物來控制神經(jīng)回路的裝置。該論文已發(fā)表在8月5日的Nature Biomedical Engineering上。
該裝置使用類似樂高玩具的可替換藥物盒和低功耗強(qiáng)信號的藍(lán)牙，可以長時間使用藥物和光線靶向作用于感興趣的特定神經(jīng)元。
“無線神經(jīng)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)以前從未實現(xiàn)過的長期化學(xué)和光學(xué)神經(jīng)調(diào)節(jié)。”韓國高等科學(xué)技術(shù)研究所（KAIST）和科羅拉多大學(xué)博爾德分校的研究員Raza Qazi說。
Qazi說，這項技術(shù)大大超過了神經(jīng)科學(xué)家使用的傳統(tǒng)方法，神經(jīng)科學(xué)家通常使用剛性金屬管和光纖來輸送藥物和光。除了由于與龐大設(shè)備的物理連接限制受試者的運(yùn)動之外，它們相對剛性的結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致腦軟組織隨時間的損傷，因此使它們不適合長期植入。盡管通過結(jié)合軟探針和無線平臺已經(jīng)進(jìn)行了一些努力以部分地減輕組織的不良反應(yīng)，但是先前的解決方案受到它們不能長時間輸送藥物以及其龐大復(fù)雜的控制設(shè)置的限制。
為了實現(xiàn)長期的無線藥物輸送，科學(xué)家必須解決藥物耗盡和蒸發(fā)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。來自韓國高等科學(xué)技術(shù)研究所和西雅圖華盛頓大學(xué)的研究人員合作發(fā)明了一種帶有可替換藥物盒的神經(jīng)裝置，這可以讓神經(jīng)科學(xué)家在幾個月內(nèi)研究相同的大腦回路，而不必?fù)?dān)心藥物用完。
這些“即插即用”藥筒被組裝成一個用于小鼠的腦植入物，其具有柔軟且超薄的探針（人頭發(fā)的粗度），其由微流體通道和微小LED（小于一粒鹽）組成，用于無限的藥物劑量和光的傳輸。
通過智能手機(jī)上簡潔的用戶界面進(jìn)行控制，神經(jīng)科學(xué)家可以輕松觸發(fā)任何植入目標(biāo)動物的光和藥物輸送的任何特定組合或精確排序，而無需在實驗室內(nèi)進(jìn)行實際操作。使用這些無線神經(jīng)設(shè)備，研究人員還可以輕松設(shè)置完全自動化的動物研究，其中一只動物的行為可通過有條件地觸發(fā)光和/或藥物傳遞而對其他動物的行為產(chǎn)生積極或消極的影響。
“這種革命性的設(shè)備是先進(jìn)電子設(shè)計和強(qiáng)大的微納米工程的結(jié)晶，”KAIST電氣工程教授Jae-Woong Jeong說。“我們有興趣進(jìn)一步開發(fā)這項技術(shù)，為臨床應(yīng)用制造腦植入物。”
華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院麻醉學(xué)和疼痛醫(yī)學(xué)與藥理學(xué)教授Michael Bruchas說，這項技術(shù)將在很多方面幫助研究人員。“它使我們能夠更好地剖析神經(jīng)回路的行為基礎(chǔ)，以及大腦中特定的神經(jīng)調(diào)節(jié)器如何以各種方式調(diào)節(jié)行為，”他說。“我們也渴望將該設(shè)備用于復(fù)雜的藥理學(xué)研究，這可以幫助我們開發(fā)治療疼痛，成癮和情緒障礙的新療法。”
KAIST的Jeong小組的研究人員開發(fā)了可穿戴和植入設(shè)備的軟電子設(shè)備，華盛頓大學(xué)Bruchas實驗室的神經(jīng)科學(xué)家研究控制壓力、抑郁、成癮、疼痛和其他神經(jīng)精神疾病的腦電路。工程師和神經(jīng)科學(xué)家在連續(xù)三年和數(shù)十次設(shè)計迭代中進(jìn)行的全球協(xié)作使得這種強(qiáng)大的大腦植入物在自由運(yùn)動的老鼠身上得到了成功驗證，研究人員認(rèn)為，這可以真正加速大腦及其疾病的發(fā)現(xiàn)。
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