美韓科學家研發腦神經迴路植入裝置,能夠用「手機」控制並執行神經元治療

【為什麼我們要挑選這篇文章】科學單位與公司正在研發腦機設備,讓人腦可以直接與外部的設備交換資訊,例如馬斯克的腦機公司 Neuralink 就開發了腦機神經織網接口。8 月,美韓科學家也有重大進展,他們發佈了一款微小裝置,探針跟人類頭髮一樣細,可直接插入小鼠腦中,透過外部設備控制,對特定神經元進行長時間的標靶藥物和光動力治療。

腦機設備正在為腦部醫學提出創新解決方案!(責任編輯:郭家宏)

上半年中國上映的電影《艾莉塔:戰鬥天使》中,觀眾能看到,被改造過的半機械少女艾莉塔十分強大,她的強大來自於狂戰士機甲、反物質能量反應堆、奈米伺服電機等高科技裝備。

現實生活中,也有科學家試圖直接從肉體著手,或改變人體的外在形態,或透過機械改造,從而提升身體強度。此前,擁有現實版「鋼鐵人」之稱的馬斯克的腦機公司 Neuralink 就開發出了一整套腦機「神經織網接口」,依靠這種接口,人腦與外部設備能夠以前所未有的高頻寬、低延遲的方式進行數據交換,未來或將開發出「超級大腦」。

最近,韓國和美國的科學家團隊也發佈了一款微小的植入裝置,能透過控制腦神經迴路,對特定神經元進行長時間的標靶藥物和光動力治療。

他們在國際知名學術期刊《自然 – 生物醫學工程》(Nature Biomedical Engineering)上發表文章稱,該設備可以更快地發現帕金森氏症、阿茲海默症、毒癮、抑鬱症和頭疼等腦部疾病,保護我們的身體。

這種裝置配備了類似樂高積木的可替換藥物盒和強大的低功耗藍芽模組,最神奇的是,它能透過智慧手機控制。

利用智慧手機,遠端操控已植入小鼠體內的設備

透過無線神經設備,解決藥物供給和損耗兩大難題

「這種無線神經設備能夠實現前所未有的長期藥物和光學神經調節」,韓國高等科學技術研究所(KAIST)和科羅拉多大學博爾德分校的研究人員 Raza Qazi 說。

他認為,這項技術大大超過了神經科學家使用的傳統方法。傳統的治療方法通常使用針管和光纖來輸送藥物和光射線,由於另一端需連接大型醫療設備,因此限制了病人的移動範圍;而且針管或光纖的硬度較大,長時間接觸會使得柔軟的腦組織受損,因此不適合長期植入。即使通過軟探針結合無線平台的方式可以儘量地減輕這種損傷,但傳統方法仍然因其不能長期植入及設備龐大、設置複雜而備受掣肘。

為了實現長時間無連線的藥物輸送,必須解決藥物供給和損耗這兩大關鍵難題。來自韓國高等科學技術研究所和西雅圖華盛頓大學的研究人員合作發明了一種配備可替換藥盒的神經裝置,它可以持續幾個月向腦部病灶供給藥物,從而滿足神經科學家的研究要求。

研究人員將這些「即插即用」藥盒透過柔軟且超細(人類頭髮絲直徑大小)的探針植入小鼠的大腦,藥盒由微流體管和極小 LED(比一粒鹽還小)組成,可以不斷地傳送光和藥物。

圖片來源:Raza Qazi

透過智慧手機上簡潔易用的用戶界面進行控制,神經科學家可以輕鬆觸發光射線和藥物的任意特定組合或精確排序,並輸送到標靶動物組織內,整個過程無需在實驗室內進行。使用這些無線神經設備,研究人員還可以輕鬆設置全自動化的動物行為研究,即透過有條件地觸發光/藥物傳輸來影響動物行為,從而導致對其他動物的行為產生正面或負面影響。

腦機設備可應用於藥理學研究與腦疾病治療

「這種革命性的設備是先進電子設計和強大的微奈米工程的結晶」,KAIST 電氣工程教授 Jae-Woong Jeong 說,「我們有興趣進一步開發這項技術,為臨床應用製造這些可植入腦部的藥盒」。

華盛頓大學醫學院麻醉學和疼痛醫學與藥理學教授 Michael Bruchas 認為,對研究人員來說,這項技術將會非常有幫助。

「它使我們能夠更好地剖析行為對應的神經迴路機理,以及大腦中特定的神經調節器如何以各種方式調整行為」,他說,「我們也渴望將該設備用於複雜的藥理學研究,這可以幫助我們開發治療疼痛、毒癮和情緒障礙的新療法」。

KAIST 的 Jeong 小組的研究人員為可穿戴和可植入設備開發了電子應用,而華盛頓大學 Bruchas 實驗室的神經科學家則研究了控制壓力、抑鬱、毒癮、頭疼和其他神經精神疾病的腦神經迴路。經過各國研究人員和神經科學家的協作努力,經過連續三年數十次疊代設計,這種強大的大腦植入藥盒終於在活蹦亂跳的老鼠身上得到了成功驗證,這將真正促進大腦及其疾病的研究。

這項研究得到了韓國國家研究基金會、美國國立衛生研究院、美國國立藥物濫用研究所和 Mallinckrodt 教授的資助。

(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈即插即用!美韩科学家用微植入体控制脑神经回路,智能手机可操控 〉。首圖來源: 大數據文摘

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