哈佛大學(xué)研發(fā)可注射柔性網(wǎng)狀腦電極：有望治愈帕金森癥

　　哈佛大學(xué)(Harvard University)化學(xué)教授及納米材料學(xué)先驅——查爾斯·利伯(Charles Lieber)實(shí)驗室研究者在《Nature Methods》雜志上發(fā)布了最新的電子腦接口研究成果：可注射柔性網(wǎng)狀腦電極，能夠在小鼠大腦實(shí)現單神經(jīng)元細胞水平的細胞活動(dòng)的長(cháng)期、穩定監測，有望成為神經(jīng)性疾病如帕金森癥的新療法。

　　電子腦接口對于治療神經(jīng)性疾病如帕金森癥等至關(guān)重要。因為神經(jīng)性疾病通常會(huì )引起大腦特定區域的一組神經(jīng)元細胞逐漸凋亡，繼而引發(fā)不可控的戰栗或顫抖。而對病變區域針對性的電刺激，將有助于刺激神經(jīng)元細胞恢復正常形態(tài)進(jìn)而改善帕金森癥狀。

　　目前，神經(jīng)性疾病患者的癥狀可以借助稱(chēng)為深部腦刺激(deep brain stimulation)的電療得以緩解。然而，深部腦刺激療法的局限性很大。這種療法涉及到向大腦植入堅硬、密集的電極。由于腦組織十分柔軟，植入電極4周后，大腦開(kāi)始產(chǎn)生疤痕組織(scar tissue)。并且，讓電極穿過(guò)腦組織有效工作的唯一辦法就是加大刺激神經(jīng)元的電壓，而加大電壓又十分危險。此外，有時(shí)候還需要進(jìn)行額外的手術(shù)替換植入電極。

　　利伯教授2007年的筆記描述了柔性網(wǎng)狀腦電極的初始構想

　　查爾斯·利伯團隊提出了非常新穎的構思：電子腦接口應該能反應大腦本身的細節。大腦神經(jīng)元細胞彼此間相互連接，形成帶孔隙的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )，保證蛋白分子和液體能夠順利穿過(guò)。所以，電子腦接口也應該是柔性的交叉網(wǎng)格，為神經(jīng)元細胞的附著(zhù)留有孔隙，而不是用一個(gè)四四方方的實(shí)體電極將神經(jīng)元細胞擠到其周?chē)?/p>

　　左圖：硅片上批量生產(chǎn)的柔性網(wǎng)狀腦電極——兩層聚合物層之間加入金導線(xiàn)層。右圖：細節放大圖，中部較大的接觸電極(圓形)用于對神經(jīng)元細胞施加電刺激，而較小的接觸電極用于測量神經(jīng)元的響應。

　　利伯團隊設計的電子腦接口是一種極其柔軟的條帶狀網(wǎng)格電極，具有夾心“三明治”結構——上下各一層柔性聚合物薄層中間夾入金導線(xiàn)層。這種柔性網(wǎng)狀電極極易卷曲形成細長(cháng)針狀，所以可以通過(guò)針頭注射而避免了大量的手術(shù)移植。

　　左圖：小鼠注射柔性網(wǎng)狀腦電極示意圖;右圖：與注射柔性網(wǎng)狀電極相連的外部控制單元——施加電刺激以及記錄神經(jīng)元響應。