一个团队在布朗大学开发了一种系统,该系统使用数十个硅微芯片来记录大脑活动并将其传输到计算机。这些被称为“神经颗粒”的芯片——每个都大约有一粒盐的大小——被设计成撒在大脑表面或整个组织中,以从比目前其他大脑植入物更多的区域收集神经信号。
“每粒谷物都填充有足够的微电子元件,因此当嵌入神经组织时,它一方面可以收听神经元活动,然后也可以将其作为微型无线电传输到外部世界,”铅说作者 Arto Nurmikko,布朗大学的神经工程师,领导了神经颗粒的开发。该系统被称为脑机接口,在8 月 12 日发表在 Nature Electronics 上的一篇论文中有所描述 。
与其他布朗大学的研究人员以及来自贝勒大学、加州大学圣地亚哥分校和高通公司的合作者一起,努尔米科四年前在国防高级研究计划局的初始资金下开始研究神经颗粒。到目前为止,研究人员只在啮齿动物中测试了神经颗粒,但他们希望他们的原型能够为人类研究奠定基础。除了记录大脑活动外,神经颗粒还可以用微小的电脉冲刺激神经元,使其成为探索治疗癫痫和帕金森氏症等脑部疾病或恢复因损伤而丧失的脑功能的有趣途径。
该团队将该系统植入大鼠体内,进行开颅手术,将 48 个神经颗粒放置在大脑皮层(大脑的外层)上,并排列微芯片以覆盖大部分运动和感觉区域。附着在头皮上的一个拇指印大小的薄贴片充当外部通信中心,像微型手机信号塔一样接收来自神经颗粒的信号,对其进行处理,并以无线方式为芯片充电。
研究人员在动物处于麻醉状态时测试了该系统,发现神经颗粒能够记录昏迷大鼠的自发皮质活动。然而,信号的质量不如大多数脑机接口研究中使用的商业芯片获得的信号质量。这些界面自 1970 年代以来一直在开发中,近年来已经允许少数瘫痪患者控制平板设备,仅通过思考以越来越快的速度在计算机上打字,或者移动机器人肢体或在屏幕上光标。
对于脑部和脊髓损伤的人来说,这些系统最终可以恢复交流和运动,让他们能够更加独立地生活。但目前,它们并不是那么实用。大多数需要笨重的设置,不能在研究实验室之外使用。配备大脑植入物的人在他们可以执行的动作类型方面也受到限制,因为植入物可以同时记录的神经元数量相对较少。最常用的脑芯片犹他阵列是由 100 根硅针组成的床,每根硅针的尖端都有一个电极,可以插入脑组织。其中一个阵列的大小相当于一美分硬币上亚伯拉罕·林肯的脸,可以记录数百个周围神经元的活动。
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