比头发丝还细！米粒大小无线神经植入物，MRI下也能监测脑活动

如今的神经植入物虽比以往更小，但仍常显笨重且易引发并发症。康奈尔大学研究人员本周在《自然·电子学》（Nature Electronics）期刊中详细介绍的一款新型设备，为脑植入技术提供了全新思路。这款名为“微型光电子无线电极”（microscale optoelectronic tetherless electrode，简称MOTE）的装置尺寸仅相当于一粒米，远小于同类植入物，其设计还可适配人体其他敏感部位。

“据我们所知，这是目前最小的神经植入物，能够记录大脑电活动并无线传输数据。”该研究的合著者、电气工程师阿廖沙·莫尔纳（Alyosha Molnar）在声明中表示。

MOTE长300微米、宽70微米，大约相当于人类一根头发的直径。其工作原理是将神经信号编码到红外光的微小脉冲中，再将信息无害地穿过脑组织和骨骼传输至接收器。尽管莫尔纳早在2001年就构想了MOTE的早期版本，但该项目真正启动却耗时超过20年。

研究团队设计的植入物核心是一块由砷化铝镓制成的半导体二极管。这种材料使其既能通过光能供电，又能发射光信号传输数据。二极管搭配低噪声放大器和光学编码器，后者采用与标准微芯片相同的传输原理。数据传输则通过脉冲位置调制技术实现——这一技术也广泛应用于卫星光通信阵列。

“我们能用极低功耗实现光通信，且仍能成功传回数据。”莫尔纳解释道。

研究团队首先在实验室培养的细胞中测试了MOTE，随后转向小鼠实验。他们将设备植入啮齿动物的“桶状皮层”——大脑中负责处理胡须感觉输入的区域。在一年多的时间里，MOTE在活动状态和健康状态的小鼠中，均能稳定记录神经活动峰值以及更广泛的突触活动。

当前大多数脑植入物的一大缺陷是，患者接受MRI等电监测时设备无法工作。而MOTE采用的材料完全规避了这一问题。其无线特性还解决了植入物的另一常见难题。

“开展这项研究的动机之一是，传统电极和光纤可能刺激大脑。脑组织在植入物周围移动时，可能引发免疫反应。”莫尔纳表示，“我们的目标是将设备做得足够小，以最大限度减少干扰，同时比成像系统更快地捕捉脑活动，且无需为成像而对神经元进行基因修饰。”

MOTE的意义远不止于脑监测。莫尔纳团队相信，其基础设计可适配其他组织，甚至像脊髓这样敏感的区域。它还可能被嵌入人工颅骨板中发挥作用。

研究作者总结道：“我们的技术为长期植入的小型无线设备获取各类生理信号奠定了基础。”