科学家让大脑学会辨认光 形成新感官

美国西北大学研究团队近期开发出一种可植入的大脑无线柔性装置，利用微型发光二极管发出的精细光信号，将信息直接写入大脑皮层，使实验动物学会读取前所未有的“人工感觉”编码。 研究人员通过在大脑表面投射特定图案的微弱光闪烁，成功让小鼠将这些原本不存在于自然界的光模式，理解为可以指导行为决策的有意义线索。

这套系统属于新一代光遗传学与柔性生物电子技术的结合成果，装置本身柔软、可弯折，像一枚邮票般大小，比信用卡还薄，可置于头皮下、紧贴颅骨表面，无需穿透脑组织即可工作。 装置内部集成了多达 64 个微型 LED 阵列，每一个发光单元都可以在频率、亮度和时序上实现实时独立控制，从而在大范围皮层上合成复杂的空间和时间光刺激图案。

在实验中，研究团队使用经过基因改造、对光刺激敏感的小鼠作为模型，通过预先设定的光模式激活特定皮层区域组合。 小鼠被训练去辨认某一特定光刺激“代码”，并将其与奖励位置对应起来：当 implant 在四个皮层区域同时呈现正确的目标光型序列时，小鼠会前往相应取食端口，以行为表现出“读懂了这条信息”。 经过多轮试验，小鼠能够在许多可能的光组合中稳定分辨并选择与奖励对应的模式，这说明大脑不仅能接收这类人工信号，还能将其整合为可利用的“新感觉”。

与早期光遗传学研究相比，此次工作的一大突破在于摆脱了传统光纤电缆和单点刺激的限制，实现了全植入、可编程、无电池的无线控制平台。 该团队在 2021 年曾报道过使用单个微型 LED 控制社会行为的无线装置，而新系统则通过阵列化、多点布局，模拟更接近真实感知过程中的分布式皮层活动，为构建复杂“人工知觉”打开了空间。

装置工作时通过红光穿透颅骨刺激皮层神经元，既降低了侵入性，又保留了对大范围神经回路进行精细操控的能力。 研究者指出，大脑本质上一直在将电活动转化为体验，而这种光编码平台为直接“参与”这一转化提供了前所未有的工具，有助于理解大脑如何学习全新的信号体系。

未来，团队计划在此基础上测试更复杂的光编码，探究大脑在数量和复杂度上到底能掌握多少种人工模式，并尝试优化阵列规模、发光间距和波长，以覆盖更大皮层区域乃至更深层脑区。 从应用前景看，类似系统有望为假肢提供实时感觉反馈、为听觉或视觉替代设备注入全新输入通道、帮助无药物镇痛和脑卒中康复，甚至成为脑机接口领域构建“可学习人工感知”的关键技术平台。

编译自/ScitechDaily