脑机接口：仿佛假肢是他身体的一部分

无法感觉皮肤刺激的患者重拾痛觉，蚕丝蛋白作为脑机接口材料，寻找更安全的癫痫治疗手段……日前，天桥脑科学研究院与国际学术期刊《科学》联合举办了年度会议，来自世界各地的科学家介绍了神经调节与脑机接口技术的最前沿进展。

【重塑失去的感觉】

糖尿病周围神经病变常常伴随感觉缺失，患者无法感觉到皮肤上的机械刺激，即使是“鞋子里的一块石头”都有可能发展为巨大溃疡，甚至发生感染、导致截肢。

苏黎世联邦理工学院的Stanisa Raspopovic教授团队，通过袜子上的传感器将压力信号传导至近端神经、进入大脑，使患者重拾压力觉、痛觉，从而能更好照顾自己。

传统的假肢没有感觉，该团队在假肢上增加了传感器，并将电极置入神经残端。在试验中，失去单侧肢体的患者能精准地定位到假肢上的哪个部位受到了刺激，“仿佛假肢是他身体的一部分”。

不过，以上研究还有许多现实问题需要解决，如电极放置仍是侵入性的，如何减少手术损伤？电极产生的异物反应如何解决？这些都是在未来需要解决的问题。

【把蚕丝蛋白作为脑机接口材料】

天桥脑科学研究院研究员、中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员陶虎，使用蚕丝蛋白作为脑机接口材料。

该材料能够在极薄而柔性的层面上集成几百上千个电极，并在小鼠的长期试验中证明了它的稳定性。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，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。

陶虎认为，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”，未来将为人类社会带来一场革命。

【更安全的癫痫治疗手段】

传统治疗癫痫的药物手段有很多副作用，手术治疗又会破坏脑功能且是不可逆的，深部电刺激或许能弥补这两点，但传统的高频深部电刺激对海马区可能造成一定的副作用，如抑郁、记忆障碍等。

德国弗莱堡大学医学中心神经外科教授Carola HaasHaas，在不影响海马体功能前提下，利用低频电刺激来治疗颞叶内侧癫痫。

与高频刺激相比，低频刺激对大脑注入的电流更小，电同步过程更加自然。试验表明，低频刺激小鼠与未受刺激的同窝小鼠具有相似的焦虑水平；低频刺激不会干扰空间导航，也不会干扰空间记忆的形成或回忆。这些发现可能转化为临床上更有效、安全的癫痫治疗方案。

【给无创脑机接口带来新希望】

相比光，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。

加州理工学院的Mikhail Shapiro教授团队，在大猩猩头部放置的超声探头不仅可以通过检测血流动力学变化来测出神经元活动变化，而且这种超声信号在大猩猩做出行为反应之前就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。

科学家们还观察到，聚焦超声具有神经调节作用，且是无创、非侵入性的。基于此，Shapiro教授团队提出了声学靶向化学遗传学概念。利用这项技术，超声或能成为一种非侵入性的脑部药物递送工具。

题图来源：图虫 图片编辑：苏唯

来源：作者：黄海华