近日，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）等多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了Neuro-stack，這是一種新的可穿戴技術(shù)，可以記錄人類行走或移動時(shí)大腦中單個(gè)神經(jīng)元的活動，該研究發(fā)表在《Nature Neuroscience》上。 研究背景新技術(shù)可以極大地推動包括醫(yī)學(xué)和神經(jīng)科學(xué)在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域的研究。例如，近年來，工程師們創(chuàng)造了越來越復(fù)雜的設(shè)備，以高精度記錄大腦活動和其他生物信號。開展這項(xiàng)研究的研究人員之一Dejan Markovic說：“我們的研究的動機(jī)是臨床神經(jīng)科學(xué)需要更小尺寸和更靈活的設(shè)備?！??！拔覀兊闹饕繕?biāo)是制造一種小到可以穿戴的設(shè)備，用于移動實(shí)驗(yàn)，并提供包括局部場電位和單個(gè)單元在內(nèi)的寬帶記錄?！?/span> 研究概況 Markovic和他的同事們發(fā)明的Neuro-stack，大約相當(dāng)于一堆卡片的大小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有的記錄單個(gè)神經(jīng)元活動的設(shè)備。這使得它們特別適合于人體動態(tài)實(shí)驗(yàn)。Markovic說：“簡單地說，該設(shè)備可以聽大腦的聲音，并與大腦對話，它最獨(dú)特的特點(diǎn)是能夠記錄自由運(yùn)動的人類的單個(gè)神經(jīng)元。另一個(gè)重要特點(diǎn)是高度可定制的刺激形狀以及相對于θ活動階段的刺激時(shí)間。”
圖片源自論文Neuro-stack基于超低功耗和面積集成電路。當(dāng)人戴著或拿在手中時(shí)，該設(shè)備以高分辨率記錄單個(gè)神經(jīng)元的活動。此外，神經(jīng)堆棧系統(tǒng)還可以通過一系列戰(zhàn)略性定位的電極刺激大腦中的神經(jīng)元。這些刺激可以很容易地遠(yuǎn)程編程，以研究或治療特定的大腦狀況。
圖片源自論文Markovic和他的同事最初在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中測試了他們的設(shè)備，在驗(yàn)證其設(shè)計(jì)后，他們對診斷為癲癇的患者進(jìn)行了一系列真實(shí)世界的評估。這些患者接受了外科手術(shù)，在手術(shù)過程中，一些電極植入了他們的大腦深處，來作為癲癇發(fā)作的治療方法。該團(tuán)隊(duì)成功地使用Neuro-stack以高分辨率記錄這些患者大腦中單個(gè)神經(jīng)元的活動，并提供精確計(jì)時(shí)的電刺激。此外，研究人員使用他們的設(shè)備記錄了人類行走時(shí)的單個(gè)神經(jīng)元和局部場電位（LFP）活動。當(dāng)參與者完成一項(xiàng)簡單的記憶任務(wù)時(shí)，他們還能夠?qū)崟r(shí)解碼神經(jīng)活動。 研究意義Markovic說：“最重要的貢獻(xiàn)是在人類的自然行為中，在單個(gè)神經(jīng)元的水平上探索大腦功能的能力?！?/strong>?！斑@類研究以前只能在動物模型中進(jìn)行，因此這項(xiàng)技術(shù)提供了一個(gè)跨越物種數(shù)十年神經(jīng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的機(jī)會。”
未來，Neuro-stack可能有助于推進(jìn)探索人類疾病的神經(jīng)生理學(xué)基礎(chǔ)的研究，同時(shí)也可能為大腦疾病提供更先進(jìn)的神經(jīng)調(diào)控療法。與此同時(shí)，Markovic和他的同事正計(jì)劃基于他們的神經(jīng)堆棧設(shè)計(jì)創(chuàng)建其他升級設(shè)備，這將有助于他們的技術(shù)在臨床環(huán)境中的部署。 “這些新設(shè)備將使我們能夠?yàn)檠芯亢椭委熼_發(fā)開發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)平臺，”Markovic補(bǔ)充道。“該設(shè)備將發(fā)展成為一種植入形式，我們已經(jīng)有了這方面的經(jīng)驗(yàn)，用于治療基于網(wǎng)絡(luò)的大腦疾病。數(shù)據(jù)平臺和可植入設(shè)備將開辟未來治療各種適應(yīng)癥的途徑。最終，我們設(shè)想的微創(chuàng)植入物將廣泛普及?！?/span>
圖片源自網(wǎng)絡(luò)來源：腦機(jī)接口社區(qū)
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