脑-机接口的重大改进

   日期:2020-06-16     浏览:31    评论:0    
核心提示:脑-机接口的重大改进迈克尔·普莱斯,圣地亚哥州立大学圣地亚哥州立大学CSNE的副主任Sam Kassegne和他的同事们开发了由玻璃碳制

脑-机接口的重大改进
迈克尔·普莱斯,圣地亚哥州立大学

圣地亚哥州立大学CSNE的副主任Sam Kassegne和他的同事们开发了由玻璃碳制成的电极。当人们遭受脊髓损伤,四肢失去活动能力,这是一个神经信号处理问题。大脑仍然可以发送清晰的电脉冲,四肢仍然可以接收,但是信号在受损的脊髓中丢失了。

感觉运动神经工程中心(CSNE)——圣地亚哥州立大学的合作与华盛顿大学(UW)和麻省理工学院(MIT)是工作在一个植入大脑芯片可以记录神经电信号和传输接收器的肢体,绕过损伤和恢复运动。最近,这些研究人员在《自然科学报告》(Nature Scientific Reports)上发表了一篇研究报告,其中描述了该技术的一项关键改进,可以使它更耐用,在人体内的寿命更长,并能传递更清晰、更强的信号。

这种被称为脑-机接口的技术,通过电极记录和传输信号。电极是一种微小的材料,可以读取被称为神经递质的大脑化学物质发出的信号。通过记录一个人想要做一些动作时的大脑信号,这个接口学习相关的电信号模式,并能将这种模式传输到肢体的神经,甚至假肢,从而恢复活动能力和运动功能。

目前最先进的电极材料是薄膜铂。问题在于,随着时间的推移,这些电极可能会断裂和断裂,圣地亚哥州立大学CSNE副主任、机械工程系教授萨姆·卡塞涅(Sam Kassegne)说。

Kassegne和他的同事们开发了由玻璃碳(一种碳的形式)制成的电极。这种材料比颗粒状的铂薄膜光滑约10倍,这意味着它在电刺激下不易腐蚀,使用寿命比铂或其他金属电极长得多。

Kassegne说:“玻璃碳在直接读取神经递质信号方面更有前景。”“你会得到两倍的信噪比。这是一个更清晰、更容易理解的信号。”

玻璃碳电极是在校园内制造的。这个过程包括将一种液体聚合物塑成正确的形状,然后将其加热到1000摄氏度,使其变成玻璃状和导电。一旦电极被煮熟和冷却,它们就会被整合到芯片中,读取并传输来自大脑和神经的信号。

Kassegne实验室的研究人员正在使用这些新的改进的脑-机接口来同时记录大脑皮层表面和大脑内部的神经信号。

研究人员之一Elisa Castagnola说:“如果你从大脑深处进行记录,你可以从单个神经元进行记录。”“在表面上,你可以从集群中进行记录。这种结合让你更好地理解大脑信号的复杂本质。”

Kassegne实验室的博士生Mieko Hirabayashi正在探索这项技术的一种稍有不同的应用。她正在用老鼠来研究精确校准的电刺激是否能导致脊髓内新的神经生长。人们希望这种刺激能促进新的神经细胞生长,并替代人类受损的脊髓组织。新的玻璃碳电极将使她比以往任何时候都能更好地刺激、读取脊髓的电信号和检测神经递质的存在。

圣地亚哥大学、威斯康星大学和麻省理工学院的合作项目最初于2011年获得了美国国家科学基金会1850万美元的资助。2015年,这项拨款得到了续签,为研究人员提供了1500万至2000万美元的额外资助。参与合作的每一所大学都专注于特定的专业领域,但他们紧密合作的共同目标是通过进一步实现脑-机接口,最终恢复神经系统损伤患者的运动功能。

 
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