我们离操纵大脑还有多远？这场有关神经调节和脑机接口的会议干货满满

来源/东方IC

神经调节技术，让你产生原本不存在的感觉；一种纳米材料，能让你“看见”声音；没有任何体表创口，药物却能进入大脑某一精确的区域；一根柔若无骨的“针”，却能自动进入大脑深部，实现人机互联……

这些并不是科幻小说中天马行空的想象。近日，天桥脑科学研究院（TCCI）与国际顶尖学术期刊《科学》杂志联合举办的年度会议顺利举行。两天的会议中，来自世界各地的多位脑科学研究领域的顶级科学家向观众介绍了神经调节与脑机接口技术最前沿的进展。他们描绘出的未来图卷，正如《黑客帝国》《战斗天使阿丽塔》里一般令人惊讶而兴奋。

光学技术：神经元水平的行为操控

来自加利福尼亚大学戴维斯分校电子与计算机工程学系的Weijian Yang教授讲述了利用先进光学技术监测和调节神经元活动方面的研究进展。

神经元集群是指在时间和空间上发生共激活的一组神经元，集群间的协调活动是大脑认知与行为的基础。教授的主要研究内容就是利用光学手段在神经元集群水平上进行神经调控。

高通量双光子成像显微镜可以在非常短的时间内对脑深部的大量神经元活动进行成像观察；而光遗传学技术是指借助遗传学手段将特定的光通道蛋白表达在特定神经元中，使得科学家能利用光来激活或抑制神经元活动；团队又进一步开发了全息光遗传学技术，该技术能将激发光源调制成3D形状。

结合这两种技术，团队进行了许多有趣的探索，例如通过激发神经元集群中特殊的神经元，能够改变动物的行为；抑或是通过操纵光刺激的同步性，甚至可以人为“编码”动物原本不存在的行为联系。

柔性脑电极：古老材料新生机

TCCI研究员、中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员陶虎教授介绍了在脑机接口设计方面的新进展。他指出，合格的脑机接口应做到：高通量、低创伤且在体内稳定。基于这些原则，他们的团队使用提取出的蚕丝蛋白作为脑机接口材料的基础，命名为“Silktrode”。

图说：陶虎教授介绍在脑机接口方面的新进展 采访对象供图

该材料能够在极薄而柔性的层面上集成几百上千个电极，在小鼠身上进行的长期试验证明了它的稳定性。此外，利用蚕丝蛋白包裹的柔性电极能实现无需导针的微创植入，在植入过程中能自动躲避血管，避免损伤。陶虎期望在不久的将来，这项技术能应用于肌萎缩侧索硬化症病人，或许能通过脑机接口使患者控制机械臂运动或发出语音。

“在柔性电极开发基础上，脑机接口相关的芯片、探针、植入方式、手术机器人、数据和算法的开发，将形成一个综合的技术树，脑机接口在未来将为人类社会带来一场革命。”陶虎总结说。

用超声对话大脑：无创脑机接口新希望

事实上，声波在脑科学研究中也有着无限潜力。来自加州理工学院化学工程专业的米哈伊尔·夏皮罗教授讲述了他们在超声方面的探索。

相比于光，声波和磁场对组织有更好的穿透力，适于对更大型的动物乃至人类进行研究。根据神经血管耦合原理，通过超声检测微血管血流动力学变化，可间接测出神经元的活动变化。

夏皮罗教授介绍了一项实验：在大猩猩头部放置的超声探头可通过检测血流动力学改变测得神经元的活动变化，这种超声信号在大猩猩做出行为反应之前就已能预测它们的活动意图——这种技术为开发无创脑机接口提供了可能。

另外，科学家们还观察到，聚焦超声具有神经调节作用，这种作用是无创、非侵入性的。基于此，夏皮罗教授团队提出了声学靶向化学遗传学概念，其原理是用超声波来定位希望调节的大脑区域，以聚焦超声暂时打开该位置的血脑屏障，允许病毒载体进入该区域；在细胞类型特异性前体的引导下，使该特定细胞表达化学受体，令特定区域对特定药物的敏感性增强。利用这项技术，超声将能成为一种非侵入性的脑部药物递送工具。

此外，还有多位专家学者就声-光材料、神经康复、低频电刺激等前沿做了分享。不少脑科学家纷纷表示，不远的将来，它们或许会走进我们的生活，带来翻天覆地的变化。

新民晚报记者 郜阳