「生物谷」STM：下一代脑移植技术可大幅提高器件寿命

2020年4月10日讯/生物谷BIOON/---在最近一项研究中，研究人员已经成功地将一个拥有数千条电极的超薄柔性神经接口植入大脑中，并且预计其使用寿命超过6年。通过不到一微米的材料保护，该材料能够不受大脑内部环境的影响。该结果向着创造出可以在人体内持续存在的高分辨率神经接口迈出的重要一步。
该成果于4月8日在线发表在《Science Translational Medicne》杂志上，由杜克大学生物医学工程助理教授Jonathan Viventi、西北大学生物医学工程和神经外科的Louis Simpson和Kimberly Querrey教授、纽约大学神经科学教授Bijan Pesaran领导的研究小组完成。

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（图片来源：stm）
【「生物谷」STM：下一代脑移植技术可大幅提高器件寿命】"试图让这些传感器在大脑中长期工作，就像把智能手机扔进海里，期望它能工作70年一样"Viventi说。 "只是我们所做的设备比目前市场上的手机要薄得多、灵活得多。这就是难点所在。 "
当将外源设备植入人体内时，除了要确保不受来自周围组织和免疫系统的攻击外，还必须要能经受住环境的腐蚀。而要设计出能够承受这种攻击的电子设备是一项巨大的挑战。目前的长期植入式设备几乎都被密封在激光焊接的钛合金外壳中。比如说心脏起搏器。 "我们成功开发出了能提供类似隔离水平的材料，其本质是一张薄而有弹性的膜，比纸的厚度薄一百倍。 "
当涉及到在人脑中植入设备时，最需要考虑到的是空间和灵活性。通过他们的工作，研究人员已经展示了仅有25微米厚的360个电极的柔性神经设备。但此前的体内移植实验均以失败告终。
在新的研究中， Viventi和同事们证明，在大脑内，一层不到一微米厚的二氧化硅的热生长层可以抵挡住大脑环境的侵蚀，每天仅以0.46纳米的速度降解。而且由于这种形式的玻璃状结构具有生物相容性，任何微量的溶解在体内应该不会产生任何安全问题。
他们还表明，即使玻璃封装的玻璃不导电，但该设备的电极可以通过电容式感应来检测神经活动。这种技术与智能手机的触摸屏上的手指动作可以检测到手指的动作是一样的。他们将64个电极的神经接口植入老鼠体内长达一年多的时间，并将1008个电极的神经接口成功地植入一只猴子的运动皮层中。
"成功地将该设备植入猴子体内完成类似人类的任务是一个巨大的飞跃， "Perasan说。 "现在我们可以完善我们的技术，以帮助患有脑部疾病的人。 "根据这些结果以及通过对设备进行加热以模拟更长的时间的实验结果，研究人员相信，他们的设备可以在植入大脑后经受6年以上的时间。
虽然这些成果与目前最先进的设备相比，是巨大的进步，但与研究人员的期望仍相差甚远。 Viventi的学生目前正在努力将原型机的规模从1000个电极扩大到65000个以上。而且他们预计，商业化制造的电极将远超实验室原型机的水平，前者的神经接口的性能无论是在信号质量还是在人体内的存活率上都会有很大的提升。
"我们的目标之一是创造一种新型的视觉假肢，它可以直接与大脑进行交互，至少可以让视神经受损的人恢复一些视力。 "Viventi说。 "但我们也可以用这种类型的设备来控制其他类型的假肢，或者在广泛的神经科学研究项目中使用。 "（生物谷 Bioon.com）
资讯出处：Next-generation brain implants with more than a thousand electrodes can survive for more than six years
原始出处：C.-H. Chiang el al., "Development of a neural interface for high-definition, long-term recording in rodents and nonhuman primates,"Science Translational Medicine (2020). stm.sciencemag.org/lookup/doi/ … scitranslmed.aay4682