中新網(wǎng)上海9月18日電 (王宇 許婧)“腦機接口”這一常在科幻電影中出現(xiàn)的“神奇”技術(shù)，正悄然步入現(xiàn)實。記者18日從東華大學(xué)獲悉，中國科學(xué)家團隊成功研發(fā)出纖維“神經(jīng)蚯蚓”——一種能在體內(nèi)自由游走、大面積、跨區(qū)域精準(zhǔn)監(jiān)測神經(jīng)電信號及組織微小形變的智能纖維。
北京時間9月17日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院與東華大學(xué)的科研團隊在國際頂級期刊《自然》(Nature)上發(fā)表了題為《面向動態(tài)生物電子學(xué)的可移動長期植入軟纖維》的研究論文。
項目戰(zhàn)略指導(dǎo)專家、東華大學(xué)先進纖維材料全國重點實驗室主任朱美芳院士介紹，該研究提出了“活性”纖維神經(jīng)的概念，并創(chuàng)制了一種仿地球蠕蟲結(jié)構(gòu)的、與生物組織力學(xué)高度匹配的、可拉伸和可移動的在體神經(jīng)接口纖維平臺。該平臺成功實現(xiàn)了神經(jīng)接口在大腦與肌肉系統(tǒng)的可控導(dǎo)航，以及動態(tài)實時、長時域(肌肉內(nèi)13個月)的神經(jīng)電信號和生物力學(xué)信號監(jiān)測。
東華大學(xué)先進纖維材料全國重點實驗室、材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員嚴(yán)威表示，這一突破性成果標(biāo)志著神經(jīng)電子學(xué)從靜態(tài)植入向動態(tài)交互、從剛性器件向主動智能纖維系統(tǒng)的范式轉(zhuǎn)變，為未來腦機接口、可穿戴診療系統(tǒng)和慢病神經(jīng)調(diào)控開辟了全新路徑。
NeuroWorm的設(shè)計、制造策略和演示?！|華大學(xué)供圖
在大自然中，蚯蚓憑借獨特的“體節(jié)”結(jié)構(gòu)(metamerism)，實現(xiàn)了高度分布式的感知與運動控制能力。每一節(jié)體段中都布有離散的感知與神經(jīng)單元，能夠精準(zhǔn)地感知外界刺激并靈活響應(yīng)，展現(xiàn)出在復(fù)雜環(huán)境中自由穿行的非凡適應(yīng)性。正是從這一自然設(shè)計中汲取靈感，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院的劉志遠研究員聯(lián)合嚴(yán)威研究員團隊提出了NeuroWorm——一種仿蠕蟲結(jié)構(gòu)的動態(tài)、柔軟、可拉伸的纖維神經(jīng)接口。
傳統(tǒng)的神經(jīng)接口設(shè)備，更像“固定哨所”。例如，治療帕金森病的電極，植入后便“釘”在大腦某一區(qū)域，若要監(jiān)測其他部位，只能再次開刀、插入新的電極。纖維“神經(jīng)蚯蚓”的突破性進展，正在重新定義神經(jīng)疾病的治療模式。傳統(tǒng)的帕金森病治療中，患者可能需要在大腦的不同區(qū)域植入多個電極，每次手術(shù)都伴隨著一定風(fēng)險。纖維“神經(jīng)蚯蚓”僅需一次植入，便能游動至不同的病灶區(qū)域，監(jiān)測神經(jīng)電信號，甚至通過電刺激有效緩解癥狀——這預(yù)示著未來人類或?qū)⒛軌蚪柚?，實現(xiàn)對神經(jīng)活動的精準(zhǔn)調(diào)控。
其更深遠的價值在于“長期監(jiān)測”能力。與傳統(tǒng)臨床導(dǎo)線類纖維相比，NeuroWorm對周圍組織的干擾極小，信號質(zhì)量優(yōu)異，顯示出巨大的臨床轉(zhuǎn)化潛力。其13個月的體內(nèi)留存能力，使其能夠像“神經(jīng)監(jiān)護儀”一樣，持續(xù)捕捉帕金森病、阿爾茨海默病等疾病的早期信號。“這就像可穿戴設(shè)備監(jiān)測心率一樣，它能提前發(fā)現(xiàn)神經(jīng)異常，在癥狀出現(xiàn)前發(fā)出預(yù)警。”嚴(yán)威解釋道，這為神經(jīng)疾病的“早期干預(yù)”開辟了新的途徑。
朱美芳透露，未來，合作團隊將持續(xù)深化相關(guān)研究，通過構(gòu)建大型電磁線圈陣列，旨在打造高強度、動態(tài)可調(diào)的磁場環(huán)境。同時，結(jié)合微型磁針陣列及閉環(huán)運動控制策略，力求在復(fù)雜組織內(nèi)部實現(xiàn)安全、精準(zhǔn)、實時的導(dǎo)航與感知解耦控制。團隊期望未來能與更多應(yīng)用單位開展緊密合作，加速推動該技術(shù)的實際應(yīng)用。(完)
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