内置光/电双信号通道，加州大学团队开发新型探针可作为神经接口，目前已申请专利_

作为一种常见的神经退行性疾病，帕金森病严重威胁人类健康，脑深部电刺激（DBS）是治疗帕金森病的有效手段之一。所谓 DBS，即将一根电极植入到大脑特定神经核团，通过连续不断的电脉冲刺激控制该核团的异常兴奋，使整个神经环路的信号传导接近于正常水平。

其实，DBS 也可以看作是“脑机接口”的一种初级应用。如今，脑机接口已是目前最前沿的新兴技术之一，但是，也有很多挑战困扰着这项技术的发展，比如神经探针的信号传输、生物相容性、耐久性等等。

近日，来自加利福尼亚大学圣地亚哥分校和索尔克生物研究所的联合小组，开发出一种新型“神经探针”，可以更长久地植入于体内来记录和刺激动物体的神经活动，同时还能够更大限度地减少对周围组织的伤害。

▲图｜新型神经探针的制造以及光学和电气特性（来源：Nature Communications）

▲图｜相关论文（来源：Nature Communications）

“我们开发的这种神经探针不但细小而且灵活，它可以安装在椎骨之间与神经元进行连接，并且还可以随着脊柱的运动而任意弯曲。”该论文的通讯作者、索尔克生物研究所副教授 Axel Nimmerjahn 博士说道。

从马克斯普朗克医学研究所获得物理学硕士和博士学位后，Axel Nimmerjahn 进入斯坦福大学生物学和应用物理学从事博士后研究工作，目前，他是索尔克生物研究所副教授。Axel Nimmerjahn 专注于开发新型显微镜技术，以便更好地观察神经胶质细胞的结构和功能动力学及其与其他细胞的双向相互作用。此外，他还创建了用于细胞类型特异性染色和基因操作以及分析大规模成像数据的新工具，以探索神经胶质细胞在中枢神经系统中的作用。

▲图｜索尔克生物研究所副教授 Axel Nimmerjahn（来源：Salk Institute）

据了解，这种新型的神经探针的直径仅为 8-14 微米，而且具有很好的柔韧性，这些特性也使其拥有很好的生物相容性，不易引发免疫反应，因此适合长期植入和使用。“对于神经接口，我们需要非常‘隐蔽’的探针，以至于身体完全察觉不到它的存在，然而它却可以很好地与神经元细胞进行通信和交流。”该论文的共同通讯作者，加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院纳米工程副教授 Donald Sirbuly 博士表示。

▲图｜加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院 Donald Sirbuly（来源：UC SanDiego）

从韦斯特蒙特学院本科毕业之后，Donald Sirbuly 进入加州大学圣巴巴拉分校，并获得无机化学博士学位，随后，他进入加州大学伯克利分校从事博士后研究工作。2009 年，他加入加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院纳米工程系担任副教授，目前，Donald Sirbuly 的研究方向是利用纳米级材料独特的光学、机械以及电学特性，开发用于各种应用的新型集成系统，包括传感、生物诊断、能量转换和光谱学等。

虽然先前已经开发出很多类似的超细又灵活的探针，但这种微型神经探针的不同之处在于，它既可以记录神经元的电信号，同时还可以使用光信号对特定的神经元进行刺激。“在如此小的区域内拥有两种模式：电信号记录和光信号刺激，这是一种非常独特的组合。”Donald Sirbuly 指出。

据了解，该神经探针在直径仅为人类头发丝五分之一的空间内，集成了一个电通道和一个光通道，其中，电通道内置超薄的聚合物电极以传输电信号，而光通道则包含一根非常细的光纤用于传输光信号。更为关键的是，还做到了光/电信号传输的互不干扰，与此同时，也要保证探针具有很好的机械灵活性、坚固性、耐久性，以及生物相容性。

▲图｜神经探针在小鼠皮层中的细胞外神经记录（来源：Nature Communications）

随后，该团队基于小鼠对这种神经探针进行了长时间的试验验证，结果显示，在植入小鼠大脑长达一个月的时间内，这些探针几乎不会在脑组织中引发任何炎症以及副作用，当小鼠在受控环境中运动时，神经探针能够以较高的灵敏度记录神经元的电信号活动，另外，利用探针的光信号通道，研究人员通过刺激小鼠大脑皮层中的神经元能够实现移动胡须。

研究人员表示，这种新型神经探针适合用于研究神经系统中动态且较小的区域，比如外周神经或脊髓等，接下来，该团队希望将其用于对脊髓的研究。“我们对脊髓如何工作、如何处理信息，以及它的神经活动如何在某些疾病条件下受到干扰或损害仍然知之甚少。”Axel Nimmerjahn 说道，“从这种动态且微小的结构中记录信息一直是个技术挑战，我们认为我们开发的这种探针和未来的探针阵列，具有独特的潜力来帮助我们研究脊髓，不仅仅是在基本层面上理解它，而且有能力调节脊髓的活动。”他补充道。

据悉，加州大学圣地亚哥分校和索尔克生物研究所已经就这项新型神经探针技术提交了专利申请。