记录深部大脑活动的现代技术涉及穿透组织的锋利金属电极，导致 损害 这样可以 妥协 信号并限制它们的使用频率。
材料科学和工程中一个快速发展的领域是通过设计更柔软、更小、更灵活的电极来解决这个问题——在大脑脆弱的组织内使用更安全。 就在上周，来自加州大学圣地亚哥分校的研究人员， 报道 开发出一种薄而灵活的电极，可以插入大脑深处并与表面的传感器进行通信。
但如果你可以在不刺穿大脑的情况下记录详细的深部大脑活动呢？
一组研究人员（碰巧也来自加州大学圣地亚哥分校）开发了一种薄而灵活的植入物，“驻留在大脑表面”并且“可以从更深层推断神经活动”，说 杜伊古·库祖姆博士是一位电气和计算机工程教授，领导了这项研究。
根据本月发表的一项概念验证研究，通过结合电学和光学成像方法以及人工智能，研究人员使用该设备（一种装有石墨烯电极的聚合物条）来预测表面信号的深层钙活动。 自然纳米技术。
神经科学家说：“我们所知道的关于神经元在活体大脑中如何表现的几乎所有信息都来自于通过电生理学或双光子成像收集的数据。” 约书亚·西格尔博士西雅图艾伦神经动力学研究所的，他没有参与这项研究。 “到目前为止，这两种方法很少同时使用。”
这项技术已经在小鼠身上进行了测试，可以帮助我们增进对大脑如何工作的了解，并可能为神经系统疾病带来新的微创治疗方法。
多模式神经技术：二合一的力量
记录大脑活动的电学和光学方法对于推进神经生理学科学至关重要，但每种技术都有其局限性。 电子记录提供高“时间分辨率”； 它们揭示了激活发生的时间，但没有揭示激活发生的具体位置。 另一方面，光学成像提供了高“空间分辨率”，显示大脑的哪个区域正在发光，但其测量结果可能与活动的时间不相符。
研究 在过去的十年中，我们一直在探索如何结合并利用这两种方法的优势。 一种潜在的解决方案是使用由石墨烯等透明材料制成的电极，从而在成像过程中为显微镜提供清晰的视野。 最近，宾夕法尼亚大学的科学家利用石墨烯电极来照亮 癫痫发作的神经动力学。
但也存在挑战。 如果石墨烯电极非常小——在这种情况下，直径为 20 µm——它们对电流的阻力就会更大。 Kuzum 和同事通过添加微小的铂颗粒来提高导电性来解决这个问题。 长石墨烯线将电极连接到电路板，但石墨烯中的缺陷会中断信号，因此他们将每根线制成两层； 一根电线中的任何缺陷都可能被另一根电线隐藏。
通过结合这两种方法（微电极阵列和双光子成像），研究人员可以看到大脑活动发生的时间和地点，包括更深层次的活动。 他们发现表面的电反应与更深层的细胞钙活动之间存在相关性。 该团队利用这些数据创建了一个神经网络（一种学习识别模式的人工智能），可以根据表面读数预测深层钙活动。
该技术可以帮助科学家“以当前单一功能工具无法实现的方式”研究大脑活动，说 Luyao Lu, PhD华盛顿特区乔治华盛顿大学生物医学工程教授，他没有参与这项研究。 它可以揭示血管和电活动之间的相互作用，或者解释位置细胞（海马体中的神经元）如何如此有效地创造空间记忆。
研究人员表示，它还可以为微创神经修复术或神经系统疾病的靶向治疗铺平道路。 植入该设备将是一个“简单的过程”，类似于将皮质电图网格植入患有以下疾病的患者体内： 癫痫”库祖姆说。
但库祖姆补充说，首先，该团队计划在临床环境中测试该技术之前，在动物模型中进行更多研究。
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2024-01-25 11:18:33
