▎药明康德内容团队编辑近些年来，脑机接口（BMI）技术的发展使我们能够借助外部的电子系统与大脑内部进行信息沟通。在BMI技术的帮助下，人体可以控制假肢、计算机程序，或者调节神经和肌肉功能。作为一种实现神经信息交流的工具，BMI已经相对比较成熟，但当我们想要探索大脑内部的单个神经元活动时，在大脑表面收集神经活动的脑电图（EEG）和皮层电图描记（electrocorticography）等对脑组织侵入性较小的技术就很难发挥作用了。想要实现深度、高分辨率的神经记录，就需要通过侵入性的开颅手术来植入深部电极。但斯坦福大学的张安琪博士和同事新发表于《科学》的论文显示，利用复杂的血管网络，可以不需要开颅手术，让新型探针装置随血管进入大脑较深的区域。当然，为了适应和保护微小且脆弱的脑部血管，研究中用于记录神经活动的电子记录装置会搭载于超柔性，微米级别的探针上。根据论文，整个探针装置包含了16个记录元件，内嵌在了柔性导管中。当装置成功随血管深入，确认目标位置后，装置会从导管中伸出并像支架一样展开，隔着血管壁从神经元中记录信息。▲超柔性的探针可以深入大脑，从血管壁记录单个神经元的信号（图片来源：张安琪博士）张安琪博士告诉我们，“血管网络有很多分支，为了能够控制探针有选择性地进入不同分支，研究根据血管弯曲程度，设计了不同曲率的探针，成功实现了选择性植入。同时，这种探针的结构和力学性质经过精心设计，可以沿着颈部血管流动到小于100微米的大脑血管中，比之前报道的的血管内植入电极小50多倍，极大地增加了能够覆盖的脑区范围。”“这种新型探针比头发还细，并且能够到达血管壁很薄的小血管，所以这种血管内电极首次实现了隔着血管壁记录单个神经元的信号。”这种新方式不会像侵入性深部电极一样损伤大脑，避免了造成感染、炎症等负面影响。借助大鼠模型，作者将探针装置从大鼠的颈部切口引入到了颈内动脉中，得益于极其柔韧的特性，探针装置可以通过以前技术受限的极其狭窄的颈动脉区域，从而进入更深层的大脑中动脉和大脑前动脉。在此处，研究者用探针记录了皮层和嗅球局部的电位场和单个神经元的活动。▲探针装置从大鼠的颈部切口进入，可以一直深入到大脑中动脉和大脑前动脉（图片来源：参考资料[2]）尽管大鼠的大脑中植入了这一体外来源的装置，但大脑血管的血流量并没有受到影响，就像什么都没发生一样，除此之外血脑屏障结构也不会发生实质性改变，大鼠的行为一切正常，大脑没有产生免疫炎症反应。评论文章指出，这种能深入大脑的探针有非常重要的作用，大脑深部的很多活动是在单个神经元层面控制的，因此从单细胞水平上来记录和分析活动就非常有必要了。除此之外，未来的BMI技术还能与研究设计的新探针装置进行结合升级，深入分析患者脑部神经元或者给予高精度的刺激，这样可以为神经退行性疾病患者提供个性化的治疗方案。张安琪博士指出，“新技术可以进行高精度记录和分析活动，用以神经生物学的研究。过去，单个神经元的很多信息会在EEG和皮层电图描记测量中丢失，新研究可以弥补不足。其次，我们还能以此高精度刺激病灶，而不影响周围的正常脑区，实现精准治疗神经退行性疾病。”[1] Ultraflexible endovascular probes for brain recording through micrometer-scale vasculature. Science (2023). DOI: 10.1126/science.adh3916[2] Neural implants without brain surgery. Science (2023). DOI: 10.1126/science.adi9330本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系[email protected]。
免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。
学术经纬约 4 分钟