電子人不再是科幻小說。實際上，腦機接口(BMI)領域已經(jīng)存在了一段時間，該領域使用經(jīng)常植入大腦的電極將神經(jīng)元信息轉換為能夠控制外部系統(tǒng)(如計算機或機械臂)的命令。企業(yè)家Elon Musk的公司Neuralink的目標是到2020年底在人類患者身上測試其BMI系統(tǒng)。

從長遠來看，BMI設備可能有助于監(jiān)視和治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的癥狀并控制假肢。但是它們還可以提供設計人工智能的藍圖，甚至可以實現(xiàn)腦對腦的直接交流。然而，目前，主要挑戰(zhàn)是開發(fā)出在植入和手術過程中避免損害腦組織和細胞的BMI。

BMI已經(jīng)存在了十多年，例如，它可以幫助失去肢體控制能力的人。但是，通常由硅制成的傳統(tǒng)植入物比實際的大腦組織要硬幾個數(shù)量級，這會導致記錄不穩(wěn)定并損壞周圍的大腦組織。

它們還可以導致大腦拒絕植入物的免疫反應。這是因為我們的大腦就像一個守衛(wèi)的堡壘，而神經(jīng)免疫系統(tǒng)(就像這個封閉的堡壘中的士兵一樣)將保護神經(jīng)元(腦細胞)免受病原體或BMI等入侵者的侵害。

柔性設備

為了避免損害和免疫反應，研究人員越來越關注于所謂的“柔性BMI”的開發(fā)。它們比硅植入物柔軟得多，并且與實際的大腦組織相似。

例如，Neuralink首次設計出了靈活的“線程”和插入器(纖細的，類似于線程的探針，比以前的植入物要靈活得多)，將人的大腦直接連接到計算機。這些設計旨在最大程度地減少大腦手術后插入后大腦的免疫反應排斥電極的機會。

同時，哈佛大學里伯分校的研究人員最近設計了一種微型網(wǎng)狀探針，看起來非常像真實的神經(jīng)元，大腦無法識別冒充者。這些受生物啟發(fā)的電子產品由鉑電極和超細金線組成，這些金線被聚合物包裹，其大小和柔韌性類似于神經(jīng)元細胞體和神經(jīng)神經(jīng)纖維。

對嚙齒動物的研究表明，這種神經(jīng)元樣探針插入大腦后不會引發(fā)免疫反應。他們能夠監(jiān)視神經(jīng)元的功能和遷移。

進入細胞

如今使用的大多數(shù)BMI都會拾取泄漏到神經(jīng)元外部的腦電信號。如果我們將神經(jīng)信號想像成在房間內產生的聲音，那么當前的錄制方法就是聆聽房間外的聲音。不幸的是，信號強度由于壁(神經(jīng)元膜)的過濾作用而大大降低。

為了獲得最準確的功能讀數(shù)以更好地控制例如人造肢體，電子記錄設備需要直接進入神經(jīng)元內部。用于細胞內記錄的最廣泛使用的常規(guī)方法是“膜片鉗電極”：填充有電解質溶液的中空玻璃管??和與分離細胞的膜接觸的記錄電極。但是，微米級的尖端會對細胞造成不可逆轉的損害。而且，它一次只能記錄幾個單元。

為了解決這些問題，我們最近開發(fā)了一種類似發(fā)夾的3-D納米線晶體管陣列，并用它來讀取多個神經(jīng)元的細胞內電活動。重要的是，我們能夠做到這一點而沒有任何可識別的細胞損傷。我們的納米線極細且柔韌，易于彎曲成發(fā)夾狀-晶體管僅約15x15x50納米。如果神經(jīng)元大小等于房間的大小，那么這些晶體管的大小將相當于門鎖的大小。

這些超小型，靈活的納米線探針涂有模仿細胞膜感覺的物質，可以用最少的力氣穿過細胞膜。他們可以記錄細胞內震顫，其精確度與最大競爭對手：膜片鉗電極相同。