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透明植入物可讀取大腦深層神經(jīng)活動(dòng)

2024年01月12日 16:52 | 作者:張佳欣 | 來源:科技日?qǐng)?bào) 分享到: 

透明植入物可以從大腦表面讀取深層神經(jīng)活動(dòng)。圖片來源:加州大學(xué)圣迭戈分校雅各布斯工程學(xué)院

美國加州大學(xué)圣迭戈分校的研究人員開發(fā)出一種神經(jīng)植入物。將其放置在大腦表面時(shí),它可以讀取大腦內(nèi)部深處的活動(dòng)信息。該技術(shù)在轉(zhuǎn)基因小鼠身上進(jìn)行的測(cè)試表明,研究人員離建立微創(chuàng)腦機(jī)接口又近了一步。這一研究發(fā)表在11日的《自然·納米技術(shù)》雜志上。

新開發(fā)的神經(jīng)植入物克服了目前技術(shù)的局限性。它由一條薄而透明的柔性聚合物條組成,并貼合于大腦表面。其中嵌入了由微小的圓形石墨烯電極組成的高密度陣列。每個(gè)電極的直徑為20微米,由一根微米細(xì)的石墨烯導(dǎo)線連接到電路板上。

在轉(zhuǎn)基因小鼠的測(cè)試中,這種植入物使研究人員能夠同時(shí)捕捉到兩種類型的神經(jīng)活動(dòng),即電活動(dòng)和鈣活動(dòng)的高分辨率信息。將植入物放置在大腦表面時(shí),植入物記錄了外層神經(jīng)元的電信號(hào)。

與此同時(shí),研究人員使用雙光子顯微鏡向植入物發(fā)射激光,以成像位于大腦表面下250微米深處的神經(jīng)元鈣熒光信號(hào)尖峰。他們發(fā)現(xiàn),表面電信號(hào)與更深層的鈣熒光信號(hào)尖峰之間存在相關(guān)性。這種相關(guān)性使研究人員能夠使用表面電信號(hào)來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),以預(yù)測(cè)不同深度的鈣活動(dòng),包括多個(gè)和單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。

此前,對(duì)鈣熒光信號(hào)尖峰進(jìn)行成像時(shí),受試者的頭部必須在顯微鏡下固定。且這些實(shí)驗(yàn)一次只能持續(xù)一兩個(gè)小時(shí)?,F(xiàn)在能夠根據(jù)電信號(hào)預(yù)測(cè)鈣活動(dòng),克服了這種局限性,從而可以進(jìn)行更長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)。

研究人員表示,這項(xiàng)技術(shù)的成功歸功于透明度和高電極密度與機(jī)器學(xué)習(xí)方法相結(jié)合。高密度嵌入的新一代透明石墨烯電極可以更高空間分辨率采樣神經(jīng)活動(dòng),結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí),使從表面信號(hào)預(yù)測(cè)深層神經(jīng)活動(dòng)成為可能。

編輯:馬嘉悅

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