通过分析神经信号来映射三维人工大脑模型的功能连通性

人类的大脑比其他器官更难以接近，因为它被一层又厚又硬的头骨所覆盖。因此，研究人员一直局限于低分辨率成像或分析颅骨外测量的大脑信号。这已被证明是大脑研究的主要障碍，包括对发育阶段、疾病原因和治疗的研究。最近，研究人员使用大鼠的初级神经元或人源性诱导多能干细胞(iPSCs)来创建人工大脑模型，这些模型已被应用于研究大脑发育过程和大脑疾病的原因。这些研究有望在解开大脑之谜方面发挥关键作用。

过去，人为大脑在2D中创建模型并进行研究;然而，2017年，KIST的一个研究团队开发了一种更接近真实大脑的3D人工大脑模型。不幸的是，由于缺乏用于研究三维大脑模型中的信号的分析框架，研究仅限于分析表面信号或不得不将3D结构改造为平面形状。因此，跟踪神经信号在一个复杂的、相互连接的人工网络中仍然是一个挑战。

韩国科学技术研究院(KIST)表示，赵一珠(Il-Joo Cho)和崔洛元(Nakwon Choi)博士的研究小组开发出了一种新型智能手机分析系统它可以对3D人工神经电路施加精确的非破坏性刺激，并在细胞水平上实时测量模型内多个位置的神经信号。

三维多功能神经信号测量系统是将宽50μm(头发的一半宽度)的针状硅探针阵列与63个微电极集成在一起。当该系统被插入人工大脑模型时，它能够同时测量神经回路内多个位置的信号。探测包含一个光纤以及药物传递通道，可以使用光或药物精确刺激神经元。通过测量脑模型对这些刺激的响应功能变化，该模型可用于研究脑功能和脑疾病。

利用该系统对人工大脑模型中的神经回路进行光学刺激，同时测量响应信号在多个位置的传播，研究小组证明了神经信号在3D大脑模型内的传播速度因方向不同而不同。除了结构图，还可以用电子显微镜这项研究证明了构建3D功能脑图的可能性，该图显示了复杂的人工大脑网络中不同的电路是如何功能连接的。

KIST的崔博士表示:“通过该系统，可以研究各种发育性脑疾病和脑疾病的病因及治疗方法。”Cho博士补充说:“该系统可以通过3D人工大脑模型进行功能测量，这在以前是不可能的。我们预计，该系统的开发将有助于从根本上减少开发各种脑部疾病药物或治疗方法所需的时间。”

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