现在只需简单注射就可以连接大脑。一个由物理学家、神经科学家和化学家组成的多元化团队，将一个卷曲的、丝状的网格植入小鼠大脑，网格上布满了微小的电子设备，并表明该网格会展开以监视和刺激单个神经元。
这种植入物有潜力以前所未有的细节解开哺乳动物大脑的运作机制。“我认为这很棒，这是一种非常有创意的新方法，可以解决从大脑中大量神经元记录的问题，”纽约哥伦比亚大学神经技术中心主任拉斐尔·尤斯特说，他没有参与这项工作。
如果最终证明是安全的，这种柔软的网格甚至可能用于治疗人类的帕金森病等疾病，马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的化学家查尔斯·利伯说，他领导了这个团队。这项工作于6月8日发表在《自然纳米技术》杂志上。
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神经科学家仍然不了解单个脑细胞的活动如何转化为更高的认知能力，如感知和情感。这个问题促使人们寻找能够让科学家一次研究数千甚至数百万个神经元的技术，但脑植入物的使用目前受到一些缺点的限制。到目前为止，即使是最好的技术也由相对刚性的电子元件组成，这些电子元件就像精细神经元上的砂纸。它们也很难长时间跟踪同一个神经元，因为当动物呼吸或心脏跳动时，单个细胞会移动。
哈佛大学的团队通过使用导电聚合物线的网格解决了这些问题，这些导电聚合物线在它们的交叉点附着了纳米级的电极或晶体管。每根线都像丝绸一样柔软，像大脑组织本身一样具有柔韧性。自由空间占网格的95%，允许细胞围绕它排列。
2012年，该团队表明，在培养皿中生长的活细胞可以被诱导围绕这些柔性支架生长并与之融合，但是这种“半机械人”组织是在活体外创造的。“问题是，你如何将其放入现有的大脑中？”利伯说。
该团队的答案是将一个几厘米宽的二维网格紧密卷起，然后使用直径仅为100微米的针头，通过头骨顶部的孔直接将其注入目标区域。该网格展开以填充任何小腔并与组织混合（参见“窃听大脑”）。伸出的纳米线可以连接到计算机以进行记录并刺激细胞。
到目前为止，研究人员已将由16个电子元件组成的网格植入麻醉小鼠的两个大脑区域，他们能够在其中监测和刺激单个神经元。哈佛大学团队成员刘嘉说，该网格与神经细胞紧密结合，五周后没有出现免疫反应升高的迹象。他说，神经元“将这种聚合物网络视为友好的，就像一个支架”。
下一步将是植入包含数百个设备、具有不同类型传感器、且能够记录清醒小鼠活动的更大网格，可以通过固定它们的头部，或通过开发无线技术来在动物自由移动时记录神经元的活动。该团队还希望将该设备注入新生小鼠的大脑中，随着大脑的生长，该设备会进一步展开，并在网格中添加发夹形纳米线探针，以记录细胞内外的电活动。
当利伯在2014年的一次会议上展示这项工作时，“我们中的一些人惊得下巴都要掉了”，尤斯特说。
瑞典隆德大学神经纳米研究中心负责人延斯·斯科文堡说，能够长时间研究大量神经元的活动而只造成最小损害的技术具有巨大的潜力，他开发了一种用于将电极输送到大脑的基于明胶的“针头”。但他仍然对这项技术持怀疑态度：“我希望看到更多关于植入物与身体长期相容性的证据，”他说。在将这种设备植入人体之前，需要进行严格的测试。但是，利伯说，它可能可以治疗中风引起的大脑损伤以及帕金森病。
利伯的团队没有获得美国政府于2013年启动的45亿美元的“通过推进创新神经技术进行脑研究（BRAIN）”计划的资助，但是这项工作指出了该计划多学科方法的力量，尤斯特说，他是BRAIN计划的早期支持者。他说，将物理科学家引入神经科学可能有助于“突破我们在理解大脑如何运作方面必须克服的主要实验和理论挑战”。
本文经许可转载，并于2015年6月8日首次发表。