未来的精神控制未来的精神控制解决海洋的麻烦和气候变化?解决海洋问题和气候变化?

查尔斯·m·利伯(Charles M. Lieber)和马萨诸塞州总医院(Massachusetts General Hospital)的教员肖恩·帕特尔(Shaun Patel)认为,他们自己的研究领域正处于一个转折点。他们在本月发表于《自然生物技术》(Nature Biotechnology)杂志上的一篇题为《精密电子医学》(Precision Electronic Medicine)的文章中指出,神经技术正处于一次重大复兴的风口浪尖。

“下一个前沿确实是人类认知与机器的融合,”哈佛医学院(Harvard Medical School)和麻省总医院(Massachusetts General Hospital)的神经学家帕特尔(Patel)说。在他们的文章中,他和乔舒亚•弗里德曼和贝丝•弗里德曼大学教授利伯写道,像利伯开发的这种网状电子产品是机器的基础,这些机器旨在为几乎所有与大脑有关的东西进行个性化的电子治疗。

“一切都从根本上体现在大脑中。一切。你所有的想法,你的感知,任何类型的疾病,”帕特尔说。

目前,科学家们可以确定大脑中决策、学习和情绪产生的区域,但要追踪特定神经元的行为仍然是一个挑战。这意味着,当大脑的复杂回路被成瘾等精神疾病、阿尔茨海默氏症(Alzheimer ‘s)等神经退行性疾病,甚至自然衰老等精神疾病纠缠或破坏时,医生只有两种选择:药物或植入电极,这两种药物或植入电极的作用都可能超出预期目标。在某些情况下可以严重的副作用,而深部脑刺激可以瞬时的影响,随着时间的推移,大脑的免疫系统将僵硬的植入物作为外交对象:神经免疫细胞(神经胶质细胞)吞噬入侵者,取代,甚至杀死神经元维持治疗和减少设备的能力。

利伯和帕特尔认为,目前的技术只是权宜之计。在他们的论文中,他们写道,开发“专注于神经系统和电子设备之间接口的研究……(能够)释放能够实现细胞水平治疗靶向的植入物的潜力。”

“个性化电子治疗将为神经退行性疾病和神经精神疾病提供新的治疗模式;强大的控制修复功能的退化性疾病,创伤和截肢假肢;甚至增强人类的认知能力,”他们写道。“总的来说,我们相信,组织样电子技术的新进展将使微创设备能够建立一个稳定的长期细胞神经界面,并为慢性神经疾病提供长期治疗。”

为了达到这个目的,利伯的实验室正在设计更小、更灵活的电子脑植入物,它可以随着脑组织移动,而不是与之对抗。他的网状电子学模拟了真实神经元的大小、形状和感觉;可以记录、跟踪和调节单个神经元和电路长达一年或更长时间;几乎没有引起任何免疫反应。此外,利伯的电子学已经展示了他们自己的一个有价值的技巧:它们鼓励神经迁移,潜在地引导新生神经元到达受损区域,比如中风造成的脑洞。

研究人员说,这意味着这项技术最终可以追踪特定的神经亚型如何说话,进而可以绘制出更清晰、更精确的大脑通讯网络地图。随着目标分辨率的提高,未来的电极可以更精确地工作,消除不必要的副作用。帕特尔说,它们还可以用来治疗任何神经系统疾病。

利和帕特尔预计接下来的步骤是一个专注于“高度灵活的网格密度高的调查记录和刺激电极接口,可以与成熟,硅树脂的处理器芯片,”最终导致“无缝neural-electronic系统”,甚至治疗困扰和弄乱的大脑疾病如阿尔茨海默氏症。

他们说,在那之后,自适应电极可以更好地控制假肢,甚至瘫痪的肢体,假以时间的推移,它可能会像神经替代品一样,取代受损的电路,重建受损的通讯网络,并根据实时反馈重新校准。

“如果你能以一种精确而长期的方式进行互动,并提供反馈信息,”利伯说,“你就能真正以大脑内部沟通的方式与大脑沟通。”

Mesh electronics仍然有几个主要的挑战需要克服:增加植入电极的数量,处理植入电极传输的海量数据,并将这些信息反馈到系统中,从而实现实时校准。

“我经常在谈话中开玩笑说,我这样做是因为我的记忆力比以前差了一点,”利伯说。“这是自然衰老。但一定要这样吗?如果你能纠正它呢?”

帕特尔说:“这项技术的潜力是巨大的。“在我自己看来,我是从晶体管或电信起步的。”

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/09/a-new-paper-examines-how-neuron-like-implants-could-treat-brain-disorders/

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