即插即用！美韩科学家用微植入体控制脑神经回路，智能手机可操控

大数据文摘出品

编译：洪颖菲，李雷

上半年在国内公映的电影《阿丽塔：战斗天使》中，观众能看到，被改造过的半机械少女阿丽塔十分强大，她的强大来自于“狂战士机甲”、反物质能量反应堆、纳米伺服电机等高科技装备。

现实生活中，也有科学家试图直接从肉体着手，或改变人体的外在形态，或通过机械改造，从而提升肉体强度。此前，拥有现实版“钢铁侠”之称的马斯克的脑机公司Neuralink就开发出了一整套脑机“神经织网接口”，依靠这种接口，人脑与外部设备能够以前所未有的高带宽、低延迟的方式进行数据交换，未来或将开发出“超级大脑”。

最近，韩国和美国的科学家团队也发布了一款微小的植入体装置，能通过控制脑神经回路，对特定神经元进行长时间的靶向药物和光动力治疗。

他们在国际知名学术期刊《自然-生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）上发表文章称，该设备可以更快地发现帕金森氏症、阿尔茨海默氏症、毒瘾、抑郁症和头疼等脑部疾病，保护我们的肉体。

这种装置配备了类似乐高积木的可替换药物盒和强大的低功耗蓝牙模块，最神奇的是，它能通过智能手机实现控制。

利用智能手机远程操控已植入小鼠体内的设备

完美解决药物供给和损耗两大难题

“这种无线神经设备能够实现前所未有的长期药物和光学神经调节”，韩国高等科学技术研究所（KAIST）和科罗拉多大学博尔德分校的研究人员Raza Qazi说。

他认为，这项技术大大超过了神经科学家使用的传统方法。传统的治疗方法通常使用针管和光纤来输送药物和光射线，由于另一端需连接大型医疗设备，因此限制了病人的移动范围；而且针管或光纤的硬度较大，长时间接触会使得柔软的脑组织受损，因此不适合长期植入。即使通过软探针结合无线平台的方式可以尽量地减轻这种损伤，但传统方法仍然因其不能长期植入及设备庞大、设置复杂而备受掣肘。

为了实现长时间无连线的药物输送，必须解决药物供给和损耗这两大关键难题。来自韩国高等科学技术研究所和西雅图华盛顿大学的研究人员合作发明了一种配备可替换药盒的神经装置，它可以持续几个月向脑部病灶供给药物，从而满足神经科学家的研究要求。

研究人员将这些“即插即用”药盒通过柔软且超细（人类头发丝直径大小）的探针植入小鼠的大脑，药盒由微流体管和极小LED（比一粒盐还小）组成，可以不断地传送光和药物。

图片来源：Raza Qazi

通过智能手机上简洁易用的用户界面进行控制，神经科学家可以轻松触发光射线和药物的任意特定组合或精确排序，并输送到靶向动物组织内，整个过程无需在实验室内进行。使用这些无线神经设备，研究人员还可以轻松设置全自动化的动物行为研究，即通过有条件地触发光/药物传输来影响动物行为，从而导致对其他动物的行为产生正面或负面影响。

多国协作共同完成研究

“这种革命性的设备是先进电子设计和强大的微纳米工程的结晶”，KAIST电气工程教授Jae-Woong Jeong说， “我们有兴趣进一步开发这项技术，为临床应用制造这些可植入脑部的药盒”。

华盛顿大学医学院麻醉学和疼痛医学与药理学教授Michael Bruchas认为，对研究人员来说，这项技术将会非常有帮助。

“它使我们能够更好地剖析行为对应的神经回路机理，以及大脑中特定的神经调节器如何以各种方式调整行为”，他说，“我们也渴望将该设备用于复杂的药理学研究，这可以帮助我们开发治疗疼痛、毒瘾和情绪障碍的新疗法”。

KAIST的Jeong小组的研究人员为可穿戴和可植入设备开发了电子应用，而华盛顿大学Bruchas实验室的神经科学家则研究了控制压力、抑郁、毒瘾、头疼和其他神经精神疾病的脑神经回路。经过各国研究人员和神经科学家的协作努力，经过连续三年数十次迭代设计，这种强大的大脑植入药盒终于在活蹦乱跳的老鼠身上得到了成功验证，这将真正促进大脑及其疾病的研究。

这项研究得到了韩国国家研究基金会、美国国立卫生研究院、美国国立药物滥用研究所和Mallinckrodt教授的资助。