大約20年前，出現(xiàn)了一種稱為光遺傳學(xué)的策略，用激光控制大腦活動。它利用病毒將基因插入細(xì)胞，使其對光敏感。光遺傳學(xué)給研究人員提供了一種精確的方法來刺激或抑制大腦回路，并闡明它們在大腦中的作用，從而徹底改變了神經(jīng)科學(xué)。然而，這項(xiàng)工作的一個主要缺點(diǎn)是，它通常只針對經(jīng)過基因改造的細(xì)胞，以便對光作出反應(yīng)?，F(xiàn)在，中國科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種新的方法，在沒有這種限制的情況下使用光來控制腦細(xì)胞，這可能會大大擴(kuò)展這種光學(xué)方法的應(yīng)用范圍。

與以前控制神經(jīng)元的方法相比，光遺傳學(xué)有許多優(yōu)點(diǎn)。電子技術(shù)通常被證明體積龐大且具有侵入性，從而引發(fā)炎癥，而藥物通常作用緩慢且不精確，具有不必要的副作用。然而，光遺傳學(xué)只對轉(zhuǎn)基因細(xì)胞起作用的事實(shí)在很大程度上限制了它的實(shí)驗(yàn)室研究。

在這項(xiàng)新的研究中，研究人員對薄膜單晶硅二極管進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。當(dāng)用激光照明時，根據(jù)光的極性，柔性光伏器件可以產(chǎn)生正電場或負(fù)電場。

在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的神經(jīng)元的測試中，硅二極管可以激發(fā)或抑制神經(jīng)活動，這取決于它們的正電壓或負(fù)電壓。在對小鼠的實(shí)驗(yàn)中，這些裝置還可以刺激或抑制后腿和大腦處理觸覺的部分的神經(jīng)活動。

研究人員表示，這些硅薄膜可以通過穿透組織的近紅外光，用于無線無電池神經(jīng)元刺激。這項(xiàng)研究的共同高級作者、北京清華大學(xué)材料科學(xué)家和電氣工程師Xing Sheng表示，潛在的應(yīng)用包括操縱周圍神經(jīng)以控制肢體運(yùn)動、脊髓以緩解疼痛、迷走神經(jīng)以治療癲癇以及視網(wǎng)膜以進(jìn)行視覺修復(fù)。

此外，這些設(shè)備是可生物吸收的，這意味著它們在體內(nèi)自然溶解。因此，在他們完成任何計(jì)劃的治療目標(biāo)后，不需要進(jìn)行腦手術(shù)來提取他們。

“如今，腦機(jī)接口是非常熱門的話題，”Sheng說，“然而，大多數(shù)人關(guān)注的要么是大腦部分的神經(jīng)科學(xué)家，要么是機(jī)器部分的電氣工程師。我們確實(shí)需要更多的人來處理接口的問題，這是關(guān)鍵?！?/p>

科學(xué)家們注意到，還沒有看到他們的設(shè)備如何幫助建立疾病模型。目前，“我們需要確定最適用的方案來使用我們的設(shè)備，并相應(yīng)地設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以滿足體內(nèi)應(yīng)用，并滿足臨床級植入物的標(biāo)準(zhǔn)，”Sheng說。