現在只需簡單注射就可以連線大腦。一個由物理學家、神經科學家和化學家組成的多元化團隊，將一個捲曲的、絲狀的網格植入小鼠大腦，網格上佈滿了微小的電子裝置，並表明該網格會展開以監視和刺激單個神經元。
這種植入物有潛力以前所未有的細節解開哺乳動物大腦的運作機制。“我認為這很棒，這是一種非常有創意的新方法，可以解決從大腦中大量神經元記錄的問題，”紐約哥倫比亞大學神經技術中心主任拉斐爾·尤斯特說，他沒有參與這項工作。
如果最終證明是安全的，這種柔軟的網格甚至可能用於治療人類的帕金森病等疾病，馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學的化學家查爾斯·利伯說，他領導了這個團隊。這項工作於6月8日發表在《自然奈米技術》雜誌上。
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神經科學家仍然不瞭解單個腦細胞的活動如何轉化為更高的認知能力，如感知和情感。這個問題促使人們尋找能夠讓科學家一次研究數千甚至數百萬個神經元的技術，但腦植入物的使用目前受到一些缺點的限制。到目前為止，即使是最好的技術也由相對剛性的電子元件組成，這些電子元件就像精細神經元上的砂紙。它們也很難長時間跟蹤同一個神經元，因為當動物呼吸或心臟跳動時，單個細胞會移動。
哈佛大學的團隊透過使用導電聚合物線的網格解決了這些問題，這些導電聚合物線在它們的交叉點附著了納米級的電極或電晶體。每根線都像絲綢一樣柔軟，像大腦組織本身一樣具有柔韌性。自由空間佔網格的95%，允許細胞圍繞它排列。
2012年，該團隊表明，在培養皿中生長的活細胞可以被誘導圍繞這些柔性支架生長並與之融合，但是這種“半機械人”組織是在活體外創造的。“問題是，你如何將其放入現有的大腦中？”利伯說。
該團隊的答案是將一個幾釐米寬的二維網格緊密捲起，然後使用直徑僅為100微米的針頭，透過頭骨頂部的孔直接將其注入目標區域。該網格展開以填充任何小腔並與組織混合（參見“竊聽大腦”）。伸出的奈米線可以連線到計算機以進行記錄並刺激細胞。
到目前為止，研究人員已將由16個電子元件組成的網格植入麻醉小鼠的兩個大腦區域，他們能夠在其中監測和刺激單個神經元。哈佛大學團隊成員劉嘉說，該網格與神經細胞緊密結合，五週後沒有出現免疫反應升高的跡象。他說，神經元“將這種聚合物網路視為友好的，就像一個支架”。
下一步將是植入包含數百個裝置、具有不同型別感測器、且能夠記錄清醒小鼠活動的更大網格，可以透過固定它們的頭部，或透過開發無線技術來在動物自由移動時記錄神經元的活動。該團隊還希望將該設備註入新生小鼠的大腦中，隨著大腦的生長，該裝置會進一步展開，並在網格中添加發夾形奈米線探針，以記錄細胞內外的電活動。
當利伯在2014年的一次會議上展示這項工作時，“我們中的一些人驚得下巴都要掉了”，尤斯特說。
瑞典隆德大學神經奈米研究中心負責人延斯·斯科文堡說，能夠長時間研究大量神經元的活動而只造成最小損害的技術具有巨大的潛力，他開發了一種用於將電極輸送到大腦的基於明膠的“針頭”。但他仍然對這項技術持懷疑態度：“我希望看到更多關於植入物與身體長期相容性的證據，”他說。在將這種裝置植入人體之前，需要進行嚴格的測試。但是，利伯說，它可能可以治療中風引起的大腦損傷以及帕金森病。
利伯的團隊沒有獲得美國政府於2013年啟動的45億美元的“透過推進創新神經技術進行腦研究（BRAIN）”計劃的資助，但是這項工作指出了該計劃多學科方法的力量，尤斯特說，他是BRAIN計劃的早期支持者。他說，將物理科學家引入神經科學可能有助於“突破我們在理解大腦如何運作方面必須克服的主要實驗和理論挑戰”。
本文經許可轉載，並於2015年6月8日首次發表。