透明植入物可以從大腦表面讀取深層神經(jīng)活動。圖片來源：加州大學(xué)圣迭戈分校雅各布斯工程學(xué)院
美國加州大學(xué)圣迭戈分校的研究人員開發(fā)出一種神經(jīng)植入物。將其放置在大腦表面時(shí)，它可以讀取大腦內(nèi)部深處的活動信息。該技術(shù)在轉(zhuǎn)基因小鼠身上進(jìn)行的測試表明，研究人員離建立微創(chuàng)腦機(jī)接口又近了一步。這一研究發(fā)表在11日的《自然·納米技術(shù)》雜志上。
新開發(fā)的神經(jīng)植入物克服了目前技術(shù)的局限性。它由一條薄而透明的柔性聚合物條組成，并貼合于大腦表面。其中嵌入了由微小的圓形石墨烯電極組成的高密度陣列。每個(gè)電極的直徑為20微米，由一根微米細(xì)的石墨烯導(dǎo)線連接到電路板上。
在轉(zhuǎn)基因小鼠的測試中，這種植入物使研究人員能夠同時(shí)捕捉到兩種類型的神經(jīng)活動，即電活動和鈣活動的高分辨率信息。將植入物放置在大腦表面時(shí)，植入物記錄了外層神經(jīng)元的電信號。
與此同時(shí)，研究人員使用雙光子顯微鏡向植入物發(fā)射激光，以成像位于大腦表面下250微米深處的神經(jīng)元鈣熒光信號尖峰。他們發(fā)現(xiàn)，表面電信號與更深層的鈣熒光信號尖峰之間存在相關(guān)性。這種相關(guān)性使研究人員能夠使用表面電信號來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以預(yù)測不同深度的鈣活動，包括多個(gè)和單個(gè)神經(jīng)元的活動。
此前，對鈣熒光信號尖峰進(jìn)行成像時(shí)，受試者的頭部必須在顯微鏡下固定。且這些實(shí)驗(yàn)一次只能持續(xù)一兩個(gè)小時(shí)。現(xiàn)在能夠根據(jù)電信號預(yù)測鈣活動，克服了這種局限性，從而可以進(jìn)行更長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)。
研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)的成功歸功于透明度和高電極密度與機(jī)器學(xué)習(xí)方法相結(jié)合。高密度嵌入的新一代透明石墨烯電極可以更高空間分辨率采樣神經(jīng)活動，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)，使從表面信號預(yù)測深層神經(jīng)活動成為可能。
（記者張佳欣）