圖片來源：《Nature Biomedical Engineering》
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體內神經藥理學和光遺傳刺激都可以用來解碼神經迴路，並可以為腦部疾病提供治療策略。然而，當前的神經元界面阻礙了清醒和自由行為動物的長期研究，因為它們在提供長時間遞送多種藥物等方面受到限制，而且往往體積龐大，功能匱乏。
北京時間8月6日，發表在《Nature Biomedical Engineering》上的一項研究中，韓國和美國的一個科學家團隊發明了一種可以通過智能手機控制的微大腦植入物來操控神經迴路的裝置。研究人員認為，該裝置可以加速發現腦部疾病，如帕金森症、阿爾茨海默症、成癮、抑鬱症和疼痛，並有助於揭示神經精神疾病的基礎。
這個無線神經裝置使用類似樂高（LEGO）的可更換藥盒，以及強大且低能耗的藍牙，可以長時間使用藥物和光靶向感興趣的特定神經元。
研究第一作者、韓國高等科學技術研究院(KAIST)和美國科羅拉多大學博爾德分校的研究員Raza Qazi說：“無線神經裝置實現了以前從未實現過的慢性體內藥理學和光遺傳學調節。這項技術大大超過了神經科學家使用的傳統方法。傳統的方法通常使用包括剛性金屬管和光纖來傳輸藥物和光。除了由於與龐大設備的物理連接而限制受試者的運動外，它們相對堅硬的結構也會隨著時間推移而造成軟組織損傷，因此不適合長期植入。儘管此前已經作出了一些努力，通過結合軟探針和無線平臺，在一定程度上減輕了不良組織反應，但之前的方案由於無法長時間給藥，且控制設備龐大又複雜，因此受到了限制。”
為了實現長期的無線藥物傳輸，科學家們一直在解決藥物耗盡的關鍵挑戰。
來自KAIST和美國華盛頓大學的研究團隊合作發明了一種帶有可替換藥盒的神經裝置，可以讓神經科學家在幾個月內研究相同的大腦回路，而不必擔心藥物耗盡。
這些“即插即用”的藥盒被組裝成一個用於小鼠的腦植入物，具有柔軟且超薄的探針（人類頭髮的直徑），由微流體通道和微小的LED（小於一粒鹽）組成，可以無限制地給藥和進行光傳輸。
圖片來源：《Nature Biomedical Engineering》
通過智能手機上友好且簡單的用戶界面，神經科學家可以很容易地在任何植入的目標動物身上觸發特定的光和藥物傳輸組合或精確排序，而無需在實驗室裡進行物理操作。使用這些無線神經裝置，研究人員還可以輕鬆設置全自動化動物研究，任意一隻動物的行為可通過有條件地觸發光和/或藥物傳遞而對其他動物的行為產生正面或負面影響。
圖片來源：《Nature Biomedical Engineering》
研究通訊作者、KAIST電氣工程教授Jae-Woong Jeong說：“這種革命性的設備是先進的電子設計和強大的微納尺度工程的成果。我們有興趣進一步開發這項技術，以製造應用於臨床的腦部植入物。”
該研究聯合通訊作者、華盛頓大學醫學院麻醉學、疼痛醫學和藥理學教授Michael Bruchas說：“這項技術將在許多方面幫助研究人員。這讓我們能更好地剖析行為的神經迴路基礎，以及大腦中特定的神經調節器如何以各種方式調節行為。我們也渴望將該設備用於複雜的藥理學研究，這可以幫助我們開發治療疼痛、成癮和情緒障礙的新療法。”
KAIST Jeong小組的研究人員開發了可穿戴和可植入設備的軟電子產品，華盛頓大學Bruchas實驗室的神經科學家研究控制壓力、抑鬱、成癮、疼痛和其他神經精神疾病的大腦回路。在連續三年的時間裡，工程師和神經科學家在全球範圍內通力合作，經過數十次設計迭代，終於在自由活動的小鼠身上成功驗證了這種功能強大的腦植入物。研究人員認為，這種植入物可以真正加快腦部疾病的發現。
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