大約20年前，出現(xiàn)了一種稱(chēng)為光遺傳學(xué)的策略，用激光控制大腦活動(dòng)。它利用病毒將基因插入細(xì)胞，使其對(duì)光敏感。光遺傳學(xué)給研究人員提供了一種精確的方法來(lái)刺激或抑制大腦回路，并闡明它們?cè)诖竽X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(gè)主要缺點(diǎn)是，它通常只針對(duì)經(jīng)過(guò)基因改造的細(xì)胞，以便對(duì)光作出反應(yīng)。現(xiàn)在，中國(guó)科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新的方法，在沒(méi)有這種限制的情況下使用光來(lái)控制腦細(xì)胞，這可能會(huì)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(duì)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(duì)薄膜單晶硅二極管進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。當(dāng)用激光照明時(shí)，根據(jù)光的極性，柔性光伏器件可以產(chǎn)生正電場(chǎng)或負(fù)電場(chǎng)。

在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的神經(jīng)元的測(cè)試中，硅二極管可以激發(fā)或抑制神經(jīng)活動(dòng)，這取決于它們的正電壓或負(fù)電壓。在對(duì)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(jué)的部分的神經(jīng)活動(dòng)。

研究人員表示，這些硅薄膜可以通過(guò)穿透組織的近紅外光，用于無(wú)線(xiàn)無(wú)電池神經(jīng)元刺激。這項(xiàng)研究的共同高級(jí)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?chē)窠?jīng)以控制肢體運(yùn)動(dòng)、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(jué)修復(fù)。

此外，這些設(shè)備是可生物吸收的，這意味著它們?cè)隗w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(lái)提取他們。

“如今，腦機(jī)接口是非常熱門(mén)的話(huà)題，”Sheng說(shuō)，“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(lái)處理接口的問(wèn)題，這是關(guān)鍵。”

科學(xué)家們注意到，還沒(méi)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(lái)使用我們的設(shè)備，并相應(yīng)地設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以滿(mǎn)足體內(nèi)應(yīng)用，并滿(mǎn)足臨床級(jí)植入物的標(biāo)準(zhǔn)，”Sheng說(shuō)。