智能手机也能用来操控脑细胞了…

体内神经药理学和光遗传刺激都可以用来解码神经回路，并可以为脑部疾病提供治疗策略。然而，当前的神经元界面阻碍了清醒和自由行为动物的长期研究，因为它们在提供长时间递送多种药物等方面受到限制，而且往往体积庞大，功能匮乏。北京时间8月6日，发表在《Nature Biomedical Engineering》上的一项研究中，韩国和美国的一个科学家团队发明了一种可以通过智能手机控制的微大脑植入物来操控神经回路的装置。研究人员认为，该装置可以加速发现脑部疾病，如帕金森症、阿尔茨海默症、成瘾、抑郁症和疼痛，并有助于揭示神经精神疾病的基础。这个无线神经装置使用类似乐高（LEGO）的可更换药盒，以及强大且低能耗的蓝牙，可以长时间使用药物和光靶向感兴趣的特定神经元。研究第一作者、韩国高等科学技术研究院(KAIST)和美国科罗拉多大学博尔德分校的研究员Raza Qazi说：“无线神经装置实现了以前从未实现过的慢性体内药理学和光遗传学调节。这项技术大大超过了神经科学家使用的传统方法。传统的方法通常使用包括刚性金属管和光纤来传输药物和光。除了由于与庞大设备的物理连接而限制受试者的运动外，它们相对坚硬的结构也会随着时间推移而造成软组织损伤，因此不适合长期植入。尽管此前已经作出了一些努力，通过结合软探针和无线平台，在一定程度上减轻了不良组织反应，但之前的方案由于无法长时间给药，且控制设备庞大又复杂，因此受到了限制。”为了实现长期的无线药物传输，科学家们一直在解决药物耗尽的关键挑战。来自KAIST和美国华盛顿大学的研究团队合作发明了一种带有可替换药盒的神经装置，可以让神经科学家在几个月内研究相同的大脑回路，而不必担心药物耗尽。这些“即插即用”的药盒被组装成一个用于小鼠的脑植入物，具有柔软且超薄的探针（人类头发的直径），由微流体通道和微小的LED（小于一粒盐）组成，可以无限制地给药和进行光传输。通过智能手机上友好且简单的用户界面，神经科学家可以很容易地在任何植入的目标动物身上触发特定的光和药物传输组合或精确排序，而无需在实验室里进行物理操作。使用这些无线神经装置，研究人员还可以轻松设置全自动化动物研究，任意一只动物的行为可通过有条件地触发光和/或药物传递而对其他动物的行为产生正面或负面影响。研究通讯作者、KAIST电气工程教授Jae-Woong Jeong说：“这种革命性的设备是先进的电子设计和强大的微纳尺度工程的成果。我们有兴趣进一步开发这项技术，以制造应用于临床的脑部植入物。”该研究联合通讯作者、华盛顿大学医学院麻醉学、疼痛医学和药理学教授Michael Bruchas说：“这项技术将在许多方面帮助研究人员。这让我们能更好地剖析行为的神经回路基础，以及大脑中特定的神经调节器如何以各种方式调节行为。我们也渴望将该设备用于复杂的药理学研究，这可以帮助我们开发治疗疼痛、成瘾和情绪障碍的新疗法。”KAIST Jeong小组的研究人员开发了可穿戴和可植入设备的软电子产品，华盛顿大学Bruchas实验室的神经科学家研究控制压力、抑郁、成瘾、疼痛和其他神经精神疾病的大脑回路。在连续三年的时间里，工程师和神经科学家在全球范围内通力合作，经过数十次设计迭代，终于在自由活动的小鼠身上成功验证了这种功能强大的脑植入物。研究人员认为，这种植入物可以真正加快脑部疾病的发现。
（责任编辑：tqh）