微型神經植入物可監測腦活動

科技日報記者 劉霞

美國康奈爾大學與新加坡南洋理工大學科學家聯合，在3日出版的《自然·電子學》雜誌上發表研究論文稱，他們研製出一種比鹽粒還小的神經植入物，能夠在活體動物體內持續無線傳輸大腦活動數據，時間長達一年以上。

這款名為“微尺度光電無繩電極”（MOTE）的設備，長度約300微米，寬約70微米。它採用砷化鋁鎵半導體二極管，通過穿透腦組織的無害紅色與紅外激光束獲取能量。設備中的低噪聲放大器和光學編碼器，均採用日常微芯片中的成熟半導體技術製造，能夠將大腦電信號編碼為紅外光脈衝，以無線方式傳回。

研究團隊表示，據目前所知，這是全球最小的神經植入設備，不僅能檢測大腦電活動，還能實現無線數據傳輸。該設備採用脈衝位置調製編碼技術（與衞星光通信技術相同），能以極低功耗實現高效光學數據傳輸。

團隊先在細胞培養環境中測試了MOTE的性能，隨後將其植入小鼠的桶狀皮層——處理鬍鬚感覺信息的關鍵腦區。在長達一年的實驗中，植入物成功記錄了神經元的電活動峯值以及更廣泛的突觸活動模式，而小鼠在此期間始終保持健康活躍。

團隊的目標是使設備足夠微小，以最大程度減少對腦組織的干擾，同時能以比成像系統更快的速度捕捉大腦活動，且無需對神經元進行基因改造。MOTE的另一大優勢在於，它能在核磁共振成像掃描期間同步採集大腦電信號，這對現有大多數植入設備而言難以實現。此外，該技術未來還可拓展應用於脊髓等其他組織，甚至可與嵌入人造顱骨板的光電器件等創新技術結合使用。