《黑客帝國(guó)》成真：大腦網(wǎng)眼植入物阻止大腦老化

大腦植入物是人們?cè)诳苹秒娪爸薪?jīng)?？吹降膬?nèi)容之一，但是目前科學(xué)家能將這一情節(jié)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。最新研制的“大腦網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)”能使《黑客帝國(guó)》中的科幻情節(jié)成為現(xiàn)實(shí)，并阻止人類大腦老化。

美國(guó)哈佛大學(xué)研究人員最新研制一種可注射性大腦網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)，直接記錄大腦電信號(hào)的變化，甚至能探測(cè)到單個(gè)大腦細(xì)胞等級(jí)的變化。這種網(wǎng)眼探頭具有廣泛的應(yīng)用，其中包括：腦-機(jī)界面、半機(jī)械動(dòng)物，也能提供記憶和學(xué)習(xí)如何隨著老年癡呆癥等增齡性疾病產(chǎn)生的變化。

研究人員在對(duì)老鼠的測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，可注射性網(wǎng)眼探頭能夠制造一個(gè)最短暫的免疫響應(yīng)，同時(shí)，網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)與大腦組織融合在一起。通過添加刺激性電極，研究人員可獲得較高等級(jí)的反饋，克服隨著年齡增長(zhǎng)產(chǎn)生的認(rèn)知能力減退。

據(jù)悉，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的起草方案最初發(fā)布于2015年，描述一個(gè)超柔韌大腦網(wǎng)眼探頭通過一個(gè)注射器送達(dá)至特殊的大腦區(qū)域。該網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)通過金屬線至襯墊的連接，記錄了大腦電信號(hào)。研究人員稱，雖然該探頭可能從來不需要被移除，并且作為一個(gè)終身植入物，如果不是程序問題，將它從大腦中移除是非常簡(jiǎn)單的。

研究報(bào)告合著作者、美國(guó)哈佛大學(xué)化學(xué)教授查爾斯·利伯（Charles Lieber）稱，這種大腦網(wǎng)眼探頭可能精準(zhǔn)地植入大腦，其性能類似于神經(jīng)組織，我們消除了當(dāng)前所有其它探頭和醫(yī)學(xué)植入物的慢性免疫反應(yīng)，它非常像身體組織中的“荊棘”。

利伯博士表示，這項(xiàng)研究開啟了未來研究的新機(jī)遇，例如：電子和人體細(xì)胞的共注射效應(yīng)，在這里網(wǎng)眼電子植入物可以作為身體組織生長(zhǎng)的一個(gè)腳手架，它們?cè)谠偕t(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重要意義。

研究人員使用一種叫做“照相平印術(shù)”的技術(shù)制造大腦網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)，它使用光學(xué)技術(shù)構(gòu)建該顯微結(jié)構(gòu)。網(wǎng)眼是由尼龍物質(zhì)構(gòu)成，這種高分子材料具有較高的耐熱性，具有廣泛的應(yīng)用，例如：高溫燃料電池、顯示器，甚至用于軍事領(lǐng)域。

為了測(cè)量人體對(duì)網(wǎng)眼探頭的免疫響應(yīng)，研究人員對(duì)老鼠大腦進(jìn)行切片處理，對(duì)其進(jìn)行橫截面和縱向切片。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中不需要移除植入探頭，利伯博士表示，大多數(shù)情況下，通常需要傳統(tǒng)大腦探頭，該過程可能會(huì)導(dǎo)致一些關(guān)鍵性信息丟失。

當(dāng)對(duì)老鼠大腦切片進(jìn)行抗體染色處理，他們發(fā)現(xiàn)免疫反應(yīng)非常低，大腦細(xì)胞結(jié)構(gòu)僅在幾周時(shí)間內(nèi)就恢復(fù)正常。研究人員認(rèn)為，這并不是真實(shí)的免疫響應(yīng)，該響應(yīng)是由于大腦植入針狀物產(chǎn)生的損傷，并且這種損害隨著時(shí)間將變得更加惡化，該狀況通常出現(xiàn)在傳統(tǒng)大腦探頭中。

最低免疫響應(yīng)可能支持網(wǎng)眼系統(tǒng)成為永久性植入物，利伯博士說：“依據(jù)過去和當(dāng)前正在進(jìn)行的研究，網(wǎng)眼狀探頭能夠持續(xù)一至兩年時(shí)間穩(wěn)定記錄和大腦組織建立刺激界面連接。然而，這一時(shí)期并不代表可預(yù)期的壽命，因?yàn)槟壳翱茖W(xué)家正在驗(yàn)證其長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性。”

由于受到實(shí)驗(yàn)老鼠2-3年壽命的限制，研究人員期望對(duì)壽命更長(zhǎng)的哺乳動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證實(shí)該網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，例如：恒河猴。目前這項(xiàng)研究正在進(jìn)行之中。利伯博士稱，研究小組最新設(shè)計(jì)的網(wǎng)眼探頭存在大量電極和多點(diǎn)注射。

此外，我們下一步將在身體組織和器官中植入網(wǎng)眼電子裝置 ，例如：網(wǎng)眼記錄單個(gè)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，記錄脊髓以及肌肉組織的健康狀況，研究肌肉神經(jīng)接點(diǎn)的信號(hào)傳導(dǎo)等。

利伯博士說：“同時(shí)我們將開始研究網(wǎng)眼探頭的穩(wěn)定性，以及在阿爾茲海默癥和帕金森氏癥疾病模型中網(wǎng)眼電子的慢性免疫反應(yīng)。我們將對(duì)非人類靈長(zhǎng)目動(dòng)物和人類臨床患者植入網(wǎng)眼電子裝置。”

他還表示，神經(jīng)科學(xué)研究的許多領(lǐng)域能受益于該技術(shù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，并有能力記錄單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)。此外，這項(xiàng)研究將受益于差不多所有涉及電子記錄或者刺激反應(yīng)的臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

利伯博士強(qiáng)調(diào)，網(wǎng)眼電子植入將對(duì)四肢癱瘓患者提供非常獨(dú)特的腦機(jī)接口，對(duì)于治療帕金森氏癥提供深度大腦刺激，并對(duì)神經(jīng)修復(fù)提供幫助。