神经植入物和心灵控制的未来

为什么神经元样植入物可以提供更好的方法来治疗阿尔茨海默病或创伤后应激障碍，控制假肢，甚至提高认知能力。

最近，Charles M. Liber第一次看到了一种活脑外科。他和哈佛大学医学院和马萨诸塞州普通医院的博士学位，以及Shaun Patel的博士学者以及Shaun Patel，随着神经外科医生准备去除一块患者的脑组织，希望防止未来的癫痫发作。

随着外科医生的最终切口，“我们观察了一个真正引人注目的事情，”Lieber说。通过每次心跳，大脑通过开口弯曲几乎厘米。“巨额。”

每次血液流动和身体都会移动大脑。但这种转变的程度确认了利伯的长期怀疑。十多年来，约书亚和贝特弗里德曼大学教授致力于设计较小，更灵活的电子脑植入的实验室，可以与脑组织而不是反对它。他的网眼电子模仿真正的神经元的大小，形状和感觉，使他的团队能够稳定地记录，追踪和调节近一年或更长时间的近一年或更长时间。

植入的神经装置已经有助于缓解与帕金森病相关的侵入性震颤等症状。但电流探测由于它们的尺寸和粘度造成的面部限制。“大脑是柔软的，这些植入物是刚性的，”Patel说。大约四年前，当他发现利伯的超灵活替代品时，他看到了脑机接口的未来。

在最近的透视上标题的精密电子医学，在自然生物技术，Patel和Lieber中出版，即神经技术是在一个重大文艺复兴的尖端。在整个历史中，科学家都有模糊的纪律行程来解决比辛勤领域更大的问题。例如，人类基因组项目召集了国际科学家的国际团队，将人类的基因迅速映射到其他可能的基因。

“下一个边疆真的是用机器合并人类认知，”Patel说。他和Lieber将网眼电子作为这些机器的基础，一种设计个性化电子治疗的方法，以便与大脑相关的任何东西。

“一切都在根本上表现在大脑中。一切。帕尔说，所有的思想，你的看法，任何类型的疾病，所以。

科学家可以针对决策，学习和情感起源，但对特定神经元的追踪行为仍然是一个挑战的大脑的一般领域。现在，当大脑的复杂电路由于成瘾或强迫性疾病等精神疾病而开始行为或降解时，帕金森或阿尔茨海默氏症等神经变性疾病，甚至是天然老化，患者只有两种医疗干预选择：毒品或那些失败，植入电极。

L-DOPA这样的药物可以安静地保持震颤，以防止某人与帕金森的表现简单的任务，如敷料和饮食。但由于药物影响超过他们的目标，甚至常见的L-DOPA副作用也可能是严重的，从恶心到抑郁症到异常的心律。

当药物不再工作时，FDA批准的电极可以通过深脑刺激来提供浮雕。像步伐制造商一样，锁骨下方的电池组套装将自动电脉冲发送到两个脑植入物。Lieber表示每个电极“看起来像铅笔。这很大。“

在植入过程中，帕金森的患者令人醒着，因此外科医生可以校准电脉冲。拨打电，震颤平静。“几乎立即，你可以看到那个人重新获得肢体的控制，”帕尔说。“它吹了我的想法。”

但是，与L-DOPA一样，大电极刺激比其预期的目标更加严重的副作用，如语音障碍。随着时间的推移，大脑的免疫系统将僵硬植入物视为异物：神经免疫细胞（Glia细胞）吞噬感知的入侵者，脱位甚至杀死神经元并降低设备维持治疗的能力。

传统的深脑刺激电极（顶部面板）引起大脑中的免疫应答，而网状电子界面（底板）则不引起。DBS电极的尺寸和刚度导致慢性炎症导致脑组织和电极之间的胶质瘢痕，降低神经界面。网眼电子因细胞和亚细胞特征和类似大脑本身的弯曲刚度而避免了免疫应答。

相比之下，Lieb的网格电子设备挑起几乎没有免疫应答。密切，长期接近同一神经元，植入物可以收集有关敏捷神经元随时间通信的稳健数据，或者在神经系统紊乱的情况下，不能进行通信。最终，这种技术可以跟踪特定的神经亚型如何交谈，所有这些都可能导致大脑通信网络的清洁，更精确的地图。

通过更高的分辨率目标，未来电极可以采用更高的精度，消除了不需要的副作用。如果发生这种情况，Patel表示，它们可以调整以治疗任何神经疾病。而且，与当前电极不同，Lieber已经展示了自己的宝贵技巧：他们鼓励神经迁移，潜在地引导新生神经元对损坏的区域，如中风创造的口袋。

“它的潜力是出色的，”Patel说。“在我自己的心中，我在晶体管或电信的开始时看到了这一点。”

潜在的潜在达到治疗方法：自适应电极可以通过假体或甚至瘫痪的四肢提供加强控制。及时，他们可以采取像神经替代品，取代损坏的电路以重新建立断开的通信网络并根据实时反馈重新校准。“如果您实际上可以以精确和长期的方式互动并提供反馈信息，”Lieber说，“你可以以与大脑在本身沟通的方式相同的方式真正与大脑进行通信。”

一些主要的技术公司也渴望冠军脑机接口。一些，就像Elon Musk的Neuralink，计划将瘫痪的患者带来瘫痪的患者与他们的思想一起工作的力量，专注于辅助应用。其他人有更广泛的计划：Facebook希望人们通过成像单词来发短信，Brian Johnson的核心希望提高认知能力。

在他的博士后研究期间，Patel看到了电力短脉冲的时间 - 不超过500毫秒的刺激 - 可以控制一个人的安全或冲动决定的能力。经过一点ZAP，几乎总是选择冒险的赌注的主题，而是通过安全的选择。“你不知道它发生了，”Patel说。“你不知道它。这超出了你有意识的认识。“

这种力量要求激烈的道德审查。对于努力打击成瘾或强迫性疾病的人来说，外部脉冲调节器可以显着提高他们的生活质量。但是，运营这些监管机构的公司可以访问其客户最个人的数据 - 他们的思想。而且，如果增强的学习和记忆是出售的，谁能买一个更好的大脑？“如果你试图制作超人，那么有人需要一点关于所涉及的道德，”Lieber说。“这时能够帮助人们对我来说更重要。”

Mesh Electronics仍然有几个主要挑战来克服：缩放植入电极的数量，处理数据泛滥这些植入物提供，并将该信息送回系统以实现实时重新校准。

“我总是开玩笑，我这样做是这样的，因为我的记忆比曾经是曾经是糟糕的，”Lieber说。“那是自然的老化。但它必须这样做吗？如果你能纠正怎么办？“如果他和Patel成功地在网眼电子产品周围镀锌研究人员，那么问题可能不是如果是何时。

参考：Shaun R. Patel和Charles M. Lieber，2019年9月2日，自然生物技术，精密电子医学。DOI：10.1038 / s41587-019-0234-8