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科学家发明用智能手机控制脑细胞的装置

2019年08月30日 16:22:03字号:T|T

    近日韩国和美国的科学家团队发明了一种可以使用智能手机控制的微小脑植入物来控制神经回路的装置。该论文已发表在8月5日的Nature Biomedical Engineering上。

    该装置使用类似乐高玩具的可替换药物盒和低功耗强信号的蓝牙,可以长时间使用药物和光线靶向作用于感兴趣的特定神经元。

    “无线神经设备能够实现以前从未实现过的长期化学和光学神经调节。”韩国高等科学技术研究所(KAIST)和科罗拉多大学博尔德分校的研究员Raza Qazi说。

    Qazi说,这项技术大大超过了神经科学家使用的传统方法,神经科学家通常使用刚性金属管和光纤来输送药物和光。除了由于与庞大设备的物理连接限制受试者的运动之外,它们相对刚性的结构会导致脑软组织随时间的损伤,因此使它们不适合长期植入。尽管通过结合软探针和无线平台已经进行了一些努力以部分地减轻组织的不良反应,但是先前的解决方案受到它们不能长时间输送药物以及其庞大复杂的控制设置的限制。

    为了实现长期的无线药物输送,科学家必须解决药物耗尽和蒸发的关键挑战。来自韩国高等科学技术研究所和西雅图华盛顿大学的研究人员合作发明了一种带有可替换药物盒的神经装置,这可以让神经科学家在几个月内研究相同的大脑回路,而不必担心药物用完。

    这些“即插即用”药筒被组装成一个用于小鼠的脑植入物,其具有柔软且超薄的探针(人头发的粗度),其由微流体通道和微小LED(小于一粒盐)组成,用于无限的药物剂量和光的传输。

    通过智能手机上简洁的用户界面进行控制,神经科学家可以轻松触发任何植入目标动物的光和药物输送的任何特定组合或精确排序,而无需在实验室内进行实际操作。使用这些无线神经设备,研究人员还可以轻松设置完全自动化的动物研究,其中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积极或消极的影响。

    “这种革命性的设备是先进电子设计和强大的微纳米工程的结晶,”KAIST电气工程教授Jae-Woong Jeong说。“我们有兴趣进一步开发这项技术,为临床应用制造脑植入物。”

    华盛顿大学医学院麻醉学和疼痛医学与药理学教授Michael Bruchas说,这项技术将在很多方面帮助研究人员。“它使我们能够更好地剖析神经回路的行为基础,以及大脑中特定的神经调节器如何以各种方式调节行为,”他说。“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的Jeong小组的研究人员开发了可穿戴和植入设备的软电子设备,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脑电路。工程师和神经科学家在连续三年和数十次设计迭代中进行的全球协作使得这种强大的大脑植入物在自由运动的老鼠身上得到了成功验证,研究人员认为,这可以真正加速大脑及其疾病的发现。 

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