芯片神经平台使神经假肢更加有效

EPFL的科学家开发了一种微型电子平台，用于在芯片上刺激和记录周围神经纤维。通过高信噪比调节和快速记录神经活动，该平台为使用芯片改进神经假体设计铺平了道路。

神经修复-植入物含有多接触电极，可以替代某些神经功能——有创造奇迹的潜力。它们可能能够恢复截肢者的触觉，通过刺激脊髓和使其安静，帮助瘫痪者重新行走神经活动患有慢性疼痛的人。在正确的位置和正确的时间刺激神经是实施有效治疗的关键，但由于植入物无法记录，这仍然是一个挑战神经活动精确。我们的大脑发送和接收数百万个神经冲动但我们通常只在患者体内植入约12个电极。这种类型的界面通常没有必要的分辨率来匹配患者神经系统中复杂的信息交换模式，”神经假体技术Bertarelli基金会主席的博士生Sandra Gribi说。

复制并改进神经修复术的工作原理

由EPFL工程学院教授Stéphanie Lacour博士管理的实验室的科学家们已经开发了一种芯片神经平台，可以刺激并记录外植的神经纤维，就像植入的神经假体一样。他们的平台包含嵌入电极和外植神经纤维的微通道，可以忠实地复制活体组织的结构、成熟度和功能。

科学家们在从大鼠脊髓中取出的神经纤维上测试了他们的平台，尝试了各种刺激和抑制神经的策略活动．“体外测试通常是在培养皿中培养神经元。但这些培养不能复制神经元的多样性，比如它们不同的类型和直径，而这是你在活体中能发现的。结果神经细胞的属性被更改。此外，一些科学家使用的细胞外微电极阵列通常不能记录培养中单个神经细胞的所有活动，”格里比说。

EPFL开发的芯片神经平台可以在两天内在一个洁净的房间里制造出来，并能够以高信噪比快速记录数百个神经反应。然而，真正让它与众不同的是它可以记录单个神经细胞的活动。这项研究发表在自然通讯．

抑制特定神经元的活动

科学家们利用他们的平台测试了一种抑制神经活动的光热方法。拉库尔说:“神经抑制可能是治疗慢性疼痛的一种方法，如手臂或腿被截肢后出现的幻肢疼痛，或神经性疼痛。”

科学家们在芯片的一些电极上沉积了一种名为P3HT:PCBM的光热半导体聚合物。“这种聚合物在光照下会加热。多亏了我们电极的灵敏度，我们能够测量不同外植体之间的活动差异神经纤维．更具体地说，最薄的纤维的活动主要被阻断，”格里比说。而正是这些细纤维是痛觉感受器——引起疼痛的感觉神经元。下一步将是将这种聚合物植入神经周围，研究体内的抑制效果。

区分感觉神经纤维和运动神经纤维

科学家们还使用了他们的平台改进记录电极的几何形状和位置，以便开发一种可以再生周围神经的植入物。通过一种鲁棒算法来运行测量的神经数据，他们将能够计算神经脉冲传播的速度和方向，从而确定给定的脉冲是来自感觉神经还是运动神经。拉库尔说:“这将使工程师能够开发双向的、选择性的植入物，从而对假肢(如假手)进行更自然的控制。”

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