新的大脑植入伪装神经元,提供一个潜在的安全研究和治疗的方法
像一个森严的堡垒,人类的大脑攻击入侵者。外国对象,包括神经探针用于研究和治疗大脑,不会持续太久。但现在,研究人员设计了一个调查,外表、行为,感觉像一个真正的神经元,大脑不能识别骗子。根据查尔斯·m·利伯,这个突破”字面意思模糊了无处不在的和明确的人造和生活系统之间的性能差异。”They have blurred the line between human and machine.
利,约书亚和贝丝弗里德曼哈佛大学教授,和他的实验室成员是作者在最新发表的一篇论文自然材料显示一个bioinspired设计神经探针。
直接植入到大脑组织,探测器被设计成尽可能长时间生存在器官的温暖、湿润、居住的环境。传感器隐藏在保护性外壳回到人员发送数据。知道如何以及何时单个神经元火和神经回路交流可以告知如何治疗神经系统疾病如帕金森、反向神经衰退从阿尔茨海默氏症和老化,甚至提高认知能力。
但是目前的植入物不能欺骗大脑他们引起异物反应。大,比真正的神经元和僵硬神经组织,传统的植入有两个主要障碍持续监测。在最初的位置在大脑组织通常需要surgery-neurons逃离受影响的地区。之前的研究表明,大脑的免疫系统感觉外国对象和工作,导致炎症和疤痕组织隔离装置。即使他们可以捕获信号超出了疤痕组织,刚性探针可以转变立场,最终取代一个神经信号,另一个,更近。
“这将使记录的信号不稳定,”第一作者小杨说,四年级的研究生在利实验室。穿着一件紫色和粉色斑点的毛衣,眼镜,和牛仔裤,她把她手中颤抖的在一起,然后分开,然后再一起,她解释了她和她的团队建立了一个探测器,激发免疫反应可以忽略不计,记录神经信号在一天内post-implantation,甚至可能促进组织再生。
“神经探针的刻板印象是他们巨大的神经元的目标相比,他们质问。但在我们的例子中,它们本质上是相同的,”杨说。探测器模拟三个特性,以前没有可能实现在实验室:形状、大小、和灵活性的一个实际的神经元。
神经元看起来有点像蝌蚪,圆头和长,灵活的尾巴。所以,杨和她的同事们创造了一个“头”的¬红外金属记录电极,匹配神经元的soma的大小(或细胞)。他们的线互连蛇通过一个超灵活聚合物类似神经元的神经突的“尾巴”。据杨,他们neuron-like电子(欧元区)”的5到20倍比迄今为止最灵活的调查报道更灵活。”The ones they bested were their own mesh electronics.
一个典型的神经元“头”的宽度大约是相同的一个非常细的毛(20微米),和“尾巴”可以更好的10 - 20倍。测量相同甚至更薄的宽度,neuron-like电子是最小的探针。工艺显微工具,杨和她的同事们依靠光刻,它使用光转移到材料和构造模式探针四个不同的金属层和聚合物一次。
一旦建立,团队使用注射器注入16细胞模仿者的海马体region-chosen为其核心作用在学习、记忆和衰老小鼠的大脑。在那里,他们创建一个多孔网络展开,模仿大脑的神经元网络投递。
大,固体探测器排除从他们的领土和可以破坏原生细胞神经回路研究人员正在试图研究。杨的探测器允许细胞完全集成和使用不到1%的体积植入。每天从早在几个月后,神经元与人工网络集成,形成一个和谐的混合。这种同化解释了为什么团队实现数据收集甚至几个月post-implantation稳定。他们甚至没有失去一个神经元的信号。相反,他们获得了一些。
“在一个意想不到的和令人兴奋的结果,”杨说,新的神经元的信号表明,新生儿神经元可以使用人工neuron-like电子作为一个脚手架到达受损的大脑区域和帮助再生组织。
干细胞再生治疗通常依靠帮助大脑损伤后重建。但是,和更大的探测器,移植的干细胞可引起免疫反应,这会削弱它们的功效。Neuron-like电子而不是新兵内源性干细胞从宿主的大脑,帮助他们迁移到受损区域。因为他们不是外国对象,大脑的免疫系统让他们在和平工作。尽管还需要进一步研究,neuron-like电子最终可能提供一个安全、稳定的替代治疗神经系统疾病、脑损伤、甚至抑郁和精神分裂症,好处积极监控和调节再生神经网络将是可能的。
目前,杨在几个方向,包括更小的和更灵活的设计和制造探测器,以及探索的潜力neuron-like电子作为一个活跃的支架在体内再生神经组织。与边际免疫反应、再生能力和前所未有的稳定,团队不仅人为和生活之间的界限模糊系统,他们看不见的附近。
