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《國際要聞》布朗大學打造神經元顆粒 多點植入大腦執行感測、刺激
2021-08-27


※科學家研發這款被稱為神經元的微型晶片,能夠感知大腦中的電活動並無線傳輸該數據。(圖片來源:Brown University)

 

布朗大學的研究人員開發了一款無線微型植入物,可以作為大腦中神經感測器和刺激器的網絡。研究小組將他們的創新稱為“神經元(neurograins)”,可以大量植入大腦。在內部,它們可以將數據以貼在頭皮上的貼布的形式傳輸到外部通訊集線器。研究人員希望神經顆粒能夠記錄大腦中大量神經元的大腦活動,進而在使用人機介面時實現高級功能。

人機介面作為改變生活的技術,為各種條件的人們帶來了巨大的希望。然而,這項技術仍處於起步階段,設計能夠有效和安全地監測大腦活動的感測器正在開發中。部分問題是大腦的複雜性,使用單個感測器或將足夠多的感測器固定到位很難作到。這些研究人員轉向小型化,以創建大量微型感測器,這些感測器可以同時測量多個位置的大腦活動。

參與這項研究的布朗大學研究人員 Arto Nurmikko表示:“人機介面領域的一大挑戰是設計出盡可能多點探測大腦的工程方法,到目前為止,大多數人機介面都是單片設備—有點像小針床。我們團隊的想法是將那塊巨石分解成可以分佈在整個大腦皮層的微小感測器。”

神經元是大約一粒鹽米大小的微型晶片,使其達到這種尺寸是一項挑戰,需要多次迭代電腦輔助設計。神經元將數據傳輸到貼在頭骨上的拇指印大小的貼片,它們也由貼片無線供電。該貼片充當通信樞紐,協調來自每個神經顆粒的訊號。

參與該研究的另一位研究員 Jihun Lee表示:“這項工作是一個真正的跨學科挑戰,”我們必須匯聚電磁學、射頻通信、電路設計、製造和神經科學方面的專業知識,來設計和操作神經顆粒系統。”

另一位研究員 Vincent Leung 表示:“這是一項具有挑戰性的工作,因為系統需要以每秒兆位(Mbps)的速率同時進行無線電力傳輸和聯網,而這必須在極其嚴格的矽晶圓面積和功率限制下完成,我們的團隊推進了分佈式神經植入物的研究開展。”

到目前為止,研究人員已經在囓齒動物中測試了神經元,並在每隻動物的大腦皮層上放置了總共48個神經元,並成功記錄了來自大腦活動相關的特徵性神經訓號。動物大腦的大小將團隊限制在48個神經元用於這項研究,但數據顯示系統的當前配置可以支持多達770個神經元,未來該團隊設想擴大到數千個。引人注目的是,這些神經元還可以提供神經刺激,這對於改變或恢復疾病中的大腦功能可能會派上用場。  

目前該研究成果已經被刊登於《Nature Electronics

(來源:Medgadget 生策中心編譯)

 

 

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