來源/東方IC
神經調節技術，讓你產生原本不存在的感覺；一種納米材料，能讓你「看見」聲音；沒有任何體表創口，藥物卻能進入大腦某一精確的區域；一根柔若無骨的「針」，卻能自動進入大腦深部，實現人機互聯……
這些並不是科幻小說中天馬行空的想像。近日，天橋腦科學研究院（TCCI）與國際頂尖學術期刊《科學》雜誌聯合舉辦的年度會議順利舉行。兩天的會議中，來自世界各地的多位腦科學研究領域的頂級科學家向觀眾介紹了神經調節與腦機接口技術最前沿的進展。他們描繪出的未來圖卷，正如《黑客帝國》《戰鬥天使阿麗塔》里一般令人驚訝而興奮。
光學技術：神經元水平的行為操控
來自加利福尼亞大學戴維斯分校電子與計算機工程學系的Weijian Yang教授講述了利用先進光學技術監測和調節神經元活動方面的研究進展。
神經元集群是指在時間和空間上發生共激活的一組神經元，集群間的協調活動是大腦認知與行為的基礎。教授的主要研究內容就是利用光學手段在神經元集群水平上進行神經調控。
高通量雙光子成像顯微鏡可以在非常短的時間內對腦深部的大量神經元活動進行成像觀察；而光遺傳學技術是指藉助遺傳學手段將特定的光通道蛋白表達在特定神經元中，使得科學家能利用光來激活或抑制神經元活動；團隊又進一步開發了全息光遺傳學技術，該技術能將激發光源調製成3D形狀。
結合這兩種技術，團隊進行了許多有趣的探索，例如通過激發神經元集群中特殊的神經元，能夠改變動物的行為；抑或是通過操縱光刺激的同步性，甚至可以人為「編碼」動物原本不存在的行為聯繫。
柔性腦電極：古老材料新生機
TCCI研究員、中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員陶虎教授介紹了在腦機接口設計方面的新進展。他指出，合格的腦機接口應做到：高通量、低創傷且在體內穩定。基於這些原則，他們的團隊使用提取出的蠶絲蛋白作為腦機接口材料的基礎，命名為「Silktrode」。
圖說：陶虎教授介紹在腦機接口方面的新進展 採訪對象供圖
該材料能夠在極薄而柔性的層面上集成幾百上千個電極，在小鼠身上進行的長期試驗證明了它的穩定性。此外，利用蠶絲蛋白包裹的柔性電極能實現無需導針的微創植入，在植入過程中能自動躲避血管，避免損傷。陶虎期望在不久的將來，這項技術能應用於肌萎縮側索硬化症病人，或許能通過腦機接口使患者控制機械臂運動或發出語音。
「在柔性電極開發基礎上，腦機接口相關的芯片、探針、植入方式、手術機械人、數據和算法的開發，將形成一個綜合的技術樹，腦機接口在未來將為人類社會帶來一場革命。」陶虎總結說。
用超聲對話大腦：無創腦機接口新希望
事實上，聲波在腦科學研究中也有着無限潛力。來自加州理工學院化學工程專業的米哈伊爾·夏皮羅教授講述了他們在超聲方面的探索。
相比於光，聲波和磁場對組織有更好的穿透力，適於對更大型的動物乃至人類進行研究。根據神經血管耦合原理，通過超聲檢測微血管血流動力學變化，可間接測出神經元的活動變化。
夏皮羅教授介紹了一項實驗：在大猩猩頭部放置的超聲探頭可通過檢測血流動力學改變測得神經元的活動變化，這種超聲信號在大猩猩做出行為反應之前就已能預測它們的活動意圖——這種技術為開發無創腦機接口提供了可能。
另外，科學家們還觀察到，聚焦超聲具有神經調節作用，這種作用是無創、非侵入性的。基於此，夏皮羅教授團隊提出了聲學靶向化學遺傳學概念，其原理是用超聲波來定位希望調節的大腦區域，以聚焦超聲暫時打開該位置的血腦屏障，允許病毒載體進入該區域；在細胞類型特異性前體的引導下，使該特定細胞表達化學受體，令特定區域對特定藥物的敏感性增強。利用這項技術，超聲將能成為一種非侵入性的腦部藥物遞送工具。
此外，還有多位專家學者就聲-光材料、神經康復、低頻電刺激等前沿做了分享。不少腦科學家紛紛表示，不遠的將來，它們或許會走進我們的生活，帶來翻天覆地的變化。
新民晚報記者 郜陽
