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“神经谷粒”网络成功记录大脑活动 实现技术突破

2021-08-20 16:22:42    来源:科技日报

大部分现有脑机接口系统只能使用一到两个传感器进行采样,而最新出现的神经界面系统,可协调数百个极微小的大脑传感器的活动。该成果朝着脑机接口的新概念形态迈出了关键一步。相关研究日发表在英国《自然·电子学》杂志上。

脑机接口作为一种新兴的辅助设备,有朝一日可能将帮助大脑或脊髓受损的患者重新获得行动或交流能力。脑机接口系统依赖于植入式传感器,这些传感器负责记录大脑中的电信号,再借助信号驱动计算机或机械假肢等外部设备。当前大多数脑机接口系统使用一到两个传感器对最多数百个神经元进行采样,但神经科学家们一直希望能通过更多传感器、从更大规模的脑细胞群中收集数据。

此次,包括美国布朗大学、贝勒大学等机构工程师在内的研究团队向着脑机接口的未来新形态迈出了关键一步。新研发的系统采用独立的无线微型神经传感器组成协调网络,每个传感器大约只有一粒盐的大小,可记录并刺激大脑活动。这些被称为“神经谷粒”的传感器,能够独立记录由激发神经元产生的电脉冲,并将信号无线发送至体外集线器进行协调与处理。

实验中,研究团队展示了使用48个“神经谷粒”传感器成功记录啮齿动物神经活动的重大成果。这些“谷粒”放置在动物的大脑皮层上,成功记录了与自发大脑活动相关的特征神经信号,且数据表明,系统的当前配置可以支持多达770个“神经谷粒”。团队希望其最终可协调数千个“神经谷粒”,为人们提供一个从未见过的大脑活动“图景”。

研究人员表示,脑机接口领域的一大挑战就是设计出方法来探测大脑中尽可能多的点。他们认为,有朝一日人们将能够以前所未有的细节记录大脑信号,从而对大脑工作方式产生新的认知,为大脑或脊髓损伤的人提供全新治疗方法。(记者张梦然)

总编辑圈点

这项成果表面上实现了两大技术突破:其一是可以检测、放大信号,但却是足够小的特殊电子设备;其二是一个可以接收信号的体外集线器。但实际上,这是一次真正的多学科挑战——其过程必须汇集电磁学、射频通信、电路设计、制造和神经科学方面的专业知识,才能完成对“神经谷粒”的设计和操作。现阶段,要使这个完整的系统走入现实其实还有很多工作要做,但至少最关键的一步,科学家们已经迈出。

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