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大脑网眼植入物可使“黑客帝国”成真:阻止大脑老化

时间:2017-07-07 09:47:19 来源:新浪科技 评论:0 点击:0
图中是《黑客帝国》中的剧情内容,笨重的数据连接将人们的大脑与计算机连接在一起。图中是《黑客帝国》中的剧情内容,笨重的数据连接将人们的大脑与计算机连接在一起。
在老鼠实验中,注射性探头可产生短暂的免疫响应,通过添加刺激性电极,网眼结构和大脑结构能够与探头融合在一起。研究人员能够获得反馈信息,克服年龄增长产生的认知能力减退。  在老鼠实验中,注射性探头可产生短暂的免疫响应,通过添加刺激性电极,网眼结构和大脑结构能够与探头融合在一起。研究人员能够获得反馈信息,克服年龄增长产生的认知能力减退。
图B是网眼电子技术的原理图,独立网眼电子结构漂浮在水性溶液中,可以装在一个玻璃针中。图C是网眼电子物注入老鼠大脑,部分网眼结构下垂进入老鼠大脑。  图B是网眼电子技术的原理图,独立网眼电子结构漂浮在水性溶液中,可以装在一个玻璃针中。图C是网眼电子物注入老鼠大脑,部分网眼结构下垂进入老鼠大脑。

  北京时间7月7日消息,据国外媒体报道,大脑植入物是人们在科幻电影中经常看到的内容之一,但是目前科学家能将这一情节转化为现实。最新研制的“大脑网眼结构”能使《黑客帝国》中的科幻情节成为现实,并阻止人类大脑老化。

  美国哈佛大学研究人员最新研制一种可注射性大脑网眼结构,直接记录大脑电信号的变化,甚至能探测到单个大脑细胞等级的变化。这种网眼探头具有广泛的应用,其中包括:脑-机界面、半机械动物,也能提供记忆和学习如何随着老年痴呆症等增龄性疾病产生的变化。

  研究人员在对老鼠的测试实验中,可注射性网眼探头能够制造一个最短暂的免疫响应,同时,网眼结构与大脑组织融合在一起。通过添加刺激性电极,研究人员可获得较高等级的反馈,克服随着年龄增长产生的认知能力减退。

  据悉,这项实验的起草方案最初发布于2015年,描述一个超柔韧大脑网眼探头通过一个注射器送达至特殊的大脑区域。该网眼结构通过金属线至衬垫的连接,记录了大脑电信号。研究人员称,虽然该探头可能从来不需要被移除,并且作为一个终身植入物,如果不是程序问题,将它从大脑中移除是非常简单的。

  研究报告合著作者、美国哈佛大学化学教授查尔斯·利伯(Charles Lieber)称,这种大脑网眼探头可能精准地植入大脑,其性能类似于神经组织,我们消除了当前所有其它探头和医学植入物的慢性免疫反应,它非常像身体组织中的“荆棘”。

  利伯博士表示,这项研究开启了未来研究的新机遇,例如:电子和人体细胞的共注射效应,在这里网眼电子植入物可以作为身体组织生长的一个脚手架,它们在再生医学领域具有重要意义。

  研究人员使用一种叫做“照相平印术”的技术制造大脑网眼结构,它使用光学技术构建该显微结构。网眼是由尼龙物质构成,这种高分子材料具有较高的耐热性,具有广泛的应用,例如:高温燃料电池、显示器,甚至用于军事领域。

  为了测量人体对网眼探头的免疫响应,研究人员对老鼠大脑进行切片处理,对其进行横截面和纵向切片。他们在实验中不需要移除植入探头,利伯博士表示,大多数情况下,通常需要传统大脑探头,该过程可能会导致一些关键性信息丢失。

  当对老鼠大脑切片进行抗体染色处理,他们发现免疫反应非常低,大脑细胞结构仅在几周时间内就恢复正常。研究人员认为,这并不是真实的免疫响应,该响应是由于大脑植入针状物产生的损伤,并且这种损害随着时间将变得更加恶化,该状况通常出现在传统大脑探头中。

  最低免疫响应可能支持网眼系统成为永久性植入物,利伯博士说:“依据过去和当前正在进行的研究,网眼状探头能够持续一至两年时间稳定记录和大脑组织建立刺激界面连接。然而,这一时期并不代表可预期的寿命,因为目前科学家正在验证其长期使用的稳定性。”

  由于受到实验老鼠2-3年寿命的限制,研究人员期望对寿命更长的哺乳动物进行实验证实该网眼结构的稳定性,例如:恒河猴。目前这项研究正在进行之中。利伯博士称,研究小组最新设计的网眼探头存在大量电极和多点注射。

  此外,我们下一步将在身体组织和器官中植入网眼电子装置 ,例如:网眼记录单个视网膜神经节细胞,记录脊髓以及肌肉组织的健康状况,研究肌肉神经接点的信号传导等。

  利伯博士说:“同时我们将开始研究网眼探头的稳定性,以及在阿尔兹海默症和帕金森氏症疾病模型中网眼电子的慢性免疫反应。我们将对非人类灵长目动物和人类临床患者植入网眼电子装置。”

  他还表示,神经科学研究的许多领域能受益于该技术的长期稳定性,并有能力记录单个神经细胞的信号。此外,这项研究将受益于差不多所有涉及电子记录或者刺激反应的临床医学应用。

  利伯博士强调,网眼电子植入将对四肢瘫痪患者提供非常独特的脑机接口,对于治疗帕金森氏症提供深度大脑刺激,并对神经修复提供帮助。