加州大学圣迭戈分校领导的一个团队开发下一代大脑植入物的项目，以这种用石墨烯电极制造的透明神经接口的开发为基础，这种接口可以在大脑表面捕捉大脑深处活动的实时信息。照片：David Baillot/加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院
美国加州大学圣迭戈分校雅各布斯工程学院的研究人员领导的一个团队获得了美国国立卫生研究院（NIH）500 万美元的资助，用于开发下一代大脑植入物，该植入物能以前所未有的分辨率和速度记录不同脑区的大脑活动。该技术旨在通过更清晰地了解大脑功能，克服现有大脑监测设备的主要局限性，从而推动神经科学的发展。
该项目建立在该团队之前开发的神经植入物的基础上，这种植入物可以在大脑表面实时捕捉大脑深处的活动信息。这种名为 “神经透明”（Neuro-clear）的薄而透明的柔性植入物内含密集的石墨烯电极阵列，是目前神经接口技术的有力替代品。传统的表面阵列具有微创性，但很难检测到大脑深层结构的信号。另一方面，带穿刺针的电极阵列能提供更深层的接入，但往往会导致炎症和疤痕，从而随着时间的推移降低信号质量。加州大学圣迭戈分校开发的 Neuro-clear 技术结合了这两种方法的优势，能够以最小的创口实现高分辨率、长期的神经记录。
迄今为止，加州大学圣地亚哥分校、索尔克研究所、波士顿大学、麻省理工学院、哥伦比亚大学、斯坦福大学和伦敦大学学院的 12 个研究实验室都在使用 Neuro-clear，它已经带来了新的神经科学发现。在美国国立卫生研究院的新资助下，该团队将重点扩大制造和生产工艺的规模，让全世界的神经科学研究人员都能广泛使用这些先进的神经探针。他们还将定制探针设计，以便在小型和大型动物模型中长期使用，最终目标是实现人体转化。
加州大学圣迭戈分校电子与计算机工程系教授、该项目的首席研究员 Duygu Kuzum 说：“这项技术可用于多种不同的基础神经科学研究，我们渴望尽自己的一份力量，加快更好地了解大脑的进程。“通过整合材料、纳米制造、电子和光学传感以及计算方法等方面的进步，我们的目标是突破界限，为神经技术的发展建立摩尔定律。
这条时间轴追溯了神经记录技术从 20 世纪 50 年代开始的发展历程。这一演变证明了神经生理学领域对摩尔定律的遵循。资料来源：库兹姆实验室
这项跨学科研究汇集了加州大学圣地亚哥分校多个研究小组和索尔克研究所合作者的专业知识。除了专门研究神经接口的 Kuzum 外，该团队还包括化学和纳米工程教授 Ertugrul Cubukcu，他负责开发石墨烯材料的先进纳米制造技术；生物工程教授 Gert Cauwenberghs，他主要研究用于神经数据采集的 CMOS 电子技术； 研究小鼠神经科学和光学成像的神经生物学和神经科学教授 Takaki Komiyama（加州大学圣地亚哥分校生物科学学院和医学院）；以及专门研究灵长类动物系统神经生物学、视觉和感知的索尔克研究所教授 John Reynolds。
该团队将共同开发一个具有更高电极密度和不同尺寸的神经探针库，使研究人员能够在对小鼠和从事行为任务的非人灵长类动物进行光学成像和刺激实验时，记录大脑区和深皮层的神经活动。
“库祖姆说：”我们希望这些探针能成为神经科学研究中广泛使用的工具，引导我们获得新的神经科学发现，否则将无法实现。
库祖姆的团队在《自然-电子工程评论》（Nature Reviews Electrical Engineering）上发表了一篇文章，详细介绍了神经接口的最新进展。
Innovating beyond electrophysiology through multimodal neural interfaces
https://www.nature.com/articles/s44287-024-00121-x
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