可无线充电的软大脑植入物控制脑细胞

韩国科学技术研究院的一组研究人员及其合作者设计了一种微型大脑植入物，这种植入物可以从身体外部无线充电，在不更换电池的情况下长时间控制大脑电路。该设备由超柔软的生物相容性聚合物构成，有助于提供与组织的长期兼容性。与微米大小的led(相当于一粒盐的大小)配合，安装在超薄探头(人类头发的厚度)上，它可以利用光无线操纵大脑深处的目标神经元。

这项研究由Jae-Woong Jeong教授领导，是距离无线头戴式耳机又前进了一步植入物他在2019年开发的神经设备。之前的版本可以无限地通过智能手机无线传送多种药物和光刺激治疗。

对于新的升级版本，研究团队提出了一种完全可植入的软性光电系统，可以通过智能手机进行远程选择性控制。这项研究发表于2021年1月22日自然通讯。

新的无线充电技术解决了当前的局限性大脑植入物。无线植入设备技术最近已经成为传统拴系植入物的替代品，因为它们有助于减少自由活动的动物在大脑研究中的压力和炎症，从而提高设备的寿命。然而，这些设备要么需要间歇手术来替换放电电池，要么需要特殊而笨重的无线电源设置，这限制了实验选择以及动物实验的可扩展性。

Jeong教授说:“这种强大的设备消除了额外的痛苦手术，以更换植入物中耗尽的电池，实现无缝慢性神经调节。”“我们相信，同样的基本技术可以应用于各种类型的植入物，包括深层大脑刺激器、心脏和胃起搏器，以减少患者在体内长期使用的负担。”

为了实现无线电池充电和控制，研究人员开发了一种微型电路，将无线能量收集器、线圈天线和蓝牙低能芯片集成在一起。一个交流磁场能无害地穿透人体组织，并在装置内部产生电流为电池充电。然后，这种由电池供电的蓝牙植入物通过一个“易于使用”的智能手机应用程序向脑细胞发送可编程的光模式，以进行实时大脑控制。

韩国科学技术学院的研究员、该研究的第一作者金钟妍(Choong Yeon Kim)说:“这个设备可以在任何时间、任何地点操作，以操纵神经回路，这使它成为研究大脑功能的高度通用工具。”

神经科学家成功地在老鼠身上测试了这些植入物，并在老鼠被注射可卡因后证明了它们抑制可卡因诱导行为的能力。这是通过使用智能手机控制的led对他们大脑中的相关目标神经元进行精确的光刺激来实现的。此外，当老鼠自由活动时，植入物中的电池可以反复充电，从而最大限度地减少对实验的物理干扰。

延世大学医学院的研究人员、联合作者Min Jeong Ku说:“无线电池充电让实验过程变得简单多了。”

“事实上,我们可以控制一个特定行为的动物,通过提供光刺激到大脑只是用一个简单的操作的智能手机应用程序,看附近自由移动的动物,非常有趣,刺激更多的想象力,”桢勋Kim表示生理学教授延世大学的医学院。“这项技术将促进大脑研究的各种途径。”

研究人员认为，这种大脑植入技术可能为大脑研究和治疗干预带来新的机会，治疗大脑和其他器官的疾病。

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