告别电线与电池，用光控制神经元学术资讯

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无需电池的无线植入物可以实现对目标神经元组的控制。

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结合核磁共振和CT扫描结果，经3D渲染出的植入了可编程μ-ILED设备的动物图片。

techxplore.com网站1月2日报道，美国亚利桑那大学生物医学工程教授菲利普·古特鲁夫等在《自然·电子学》杂志发文称，他们开发了一种新型的无线植入物，这种装置不需要电池，只需依靠光遗传学技术就能实现对目标神经元组的控制。

光遗传学技术是一种生物技术，它利用光开关大脑中特定的神经元组织。例如，研究人员可以利用该技术刺激瘫痪病人，使其恢复运动能力。而在未来，基于光遗传学的技术甚至可以通过关闭大脑或脊柱的特定区域，消除疼痛感，从而降低患者对鸦片类止痛药的依赖。古特鲁夫说：“我们的成果是为了解大脑不同区域的工作机制。光遗传学的优势在于具有细胞特异性，研究人员可以在整个大脑的背景下针对特定神经元群，研究其功能和关系。”在光遗传学技术中，研究人员需要将视蛋白装载到特定的神经元中。这种特殊的蛋白质可以将光转化为激发神经元功能的电势。当研究人员用光线照射大脑的某个区域时，它只会激活负载了视蛋白的神经元。

光遗传学的发展之路并不平坦。初期的光遗传学装置需要利用光纤向大脑传输光线，这意味着测试对象的身体需要被固定在控制点上。此后，研究人员开发了一种使用无线技术的无电池设备，虽然它使受试者可以自由移动，但其整体体积过于庞大，无法精确控制光的频率或强度，并且一次只能刺激大脑的一个区域。

古特鲁夫等将光遗传学研究又向前推进了巨大一步。他们的设备不仅能够对光强度和频率进行精确的数字控制，还能独立刺激同一受试者大脑的多个部位。并且，这种设备非常小，可以植入受试者的头皮之下。精确控制光强非常重要，它能使研究人员能更准确地控制光线对大脑的影响，以及避免神经元被热刺激意外激活。古特鲁夫等开发的植入物由外部振荡磁场提供动力，并利用新的天线设计消除了信号强度受大脑角度变化导致的影响。设备的植入过程只是一例简单的外科手术，对受试者的不良影响很小。随着时间的推移，植入体的功能不会退化。

此外，古特鲁夫等还证实，可以利用计算机断层扫描和核磁共振技术对植入了植入体的动物进行安全成像，从而深入了解生物体的骨骼和组织状态，以及获取临床参数等。

科界原创

编译：德克斯特

责编：唐林芳

期刊来源：《自然·电子学》

期刊编号：2520-1131

原文链接：

https://techxplore.com/news/2019-01-neurons-lightbut-wires-batteries.html