科技日報記者 張夢然

美國西北大學(xué)團隊在神經(jīng)生物學(xué)與生物電子學(xué)交叉領(lǐng)域取得重大突破，開發(fā)出一種用光“與大腦對話”無線設(shè)備。這種利用光直接向大腦傳遞信息的技術(shù)，被視為構(gòu)建未來無纜腦機接口的重要一步。相關(guān)論文8日發(fā)表在《自然·神經(jīng)科學(xué)》期刊。

這一微型設(shè)備柔軟且具有彈性，能夠植入頭皮下方，緊貼頭骨表面，通過骨骼發(fā)送精確控制的光模式，從而繞過人體自然的感覺通路，直接激活大腦皮層中的特定神經(jīng)元群。

這項技術(shù)建立在此前該團隊研發(fā)的首款無線、無電池、完全可植入光遺傳學(xué)設(shè)備的基礎(chǔ)上，但實現(xiàn)了關(guān)鍵性升級。新設(shè)備配備了由64個微型LED組成的陣列，每個LED僅有發(fā)絲般粗細(xì)，能夠通過無線編程控制，向大腦發(fā)送復(fù)雜的光序列。

這種多區(qū)域、可編程的設(shè)計模擬了自然感覺中分布式的大腦活動模式，使傳遞的信息不再是簡單開關(guān)信號，而是類似于自然感覺體驗中那種分布式的皮層網(wǎng)絡(luò)活動。

在實驗過程中，團隊利用微小、精確計時的光脈沖刺激了小鼠大腦深處經(jīng)過基因改造的特定神經(jīng)元群，這些小鼠很快學(xué)會了將特定的光脈沖模式解讀為有意義的線索，即使在沒有視覺、聽覺或觸覺等外部感覺輸入的情況下，它們也能利用這些人工信號作出決策，并準(zhǔn)確完成尋找獎勵等行為的任務(wù)。

西北大學(xué)生物電子學(xué)先驅(qū)約翰·A·羅杰斯表示，通過將微型LED陣列與無線供電控制模塊集成，他們創(chuàng)造了一個能實時編程、完全隱藏在皮膚下且不影響自然行為的新系統(tǒng)。

該技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，包括為義肢提供感覺反饋、為視覺或聽覺假體提供人工輸入、在不使用藥物的情況下調(diào)節(jié)疼痛感知，以及輔助中風(fēng)或創(chuàng)傷后的康復(fù)訓(xùn)練等。目前團隊正計劃測試更復(fù)雜的刺激模式，并探索大腦對不同模式的學(xué)習(xí)能力極限。

總編輯圈點

科研人員開發(fā)出了一種讓大腦和光直接對話的無線設(shè)備，無需電池和電線，就像輕巧的藍(lán)牙耳機。這種設(shè)備利用光向大腦傳遞信息，即使沒有其他感覺通路，即使其他器官受損，大腦的特定區(qū)域依然可以被復(fù)雜的光序列激活。該技術(shù)為多個領(lǐng)域帶來了新的可能性，能為假肢使用者提供真實的觸覺反饋；能給大腦發(fā)送特定信號讓視障者感覺到光，讓聽障者感覺到聲音。隨著技術(shù)的發(fā)展，人腦與機器甚至世界的交互方式或許都會被重新定義。