研究開發(fā)三維多功能神經(jīng)界面。 ? 圖片來源：西北大學(xué)

美國西北大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)等機構(gòu)的研究人員，開發(fā)了一項新技術(shù)，有望增加人們對大腦發(fā)育方式的理解，并為神經(jīng)創(chuàng)傷和神經(jīng)退行性疾病后的大腦修復(fù)提供答案。

該研究是第一個將最復(fù)雜的三維生物電子系統(tǒng)與人類神經(jīng)系統(tǒng)相結(jié)合的研究，其目標是精確研究人類大腦回路是如何在體外發(fā)育和自我修復(fù)的。相關(guān)論文近日刊登于《科學(xué)進展》。

研究中使用的皮質(zhì)球狀體類似于“迷你大腦”，來自人類誘導(dǎo)多能干細胞。利用該團隊開發(fā)的三維神經(jīng)接口系統(tǒng)，科學(xué)家創(chuàng)建了一個“微型培養(yǎng)皿實驗室”，專門研究這些微型大腦，同時收集不同類型的數(shù)據(jù)。

研究人員利用電極記錄“迷你大腦”電活動，并添加了微小的加熱元件保持大腦培養(yǎng)物的溫度，或者在某些情況下故意給它們施加壓力。他們還采用了微型探針——如氧傳感器和小型LED燈——進行光遺傳學(xué)實驗。例如，他們在細胞中引入基因，以便用不同顏色的光脈沖控制神經(jīng)活動。

這個平臺使科學(xué)家能夠在不直接涉及人類或進行侵入性測試的情況下對人體組織進行復(fù)雜研究。理論上，任何人都可以捐獻一定數(shù)量的細胞，然后科學(xué)家可以對這些細胞重新編程，產(chǎn)生一個微型球狀大腦。

“這項研究將為我們研究和理解大腦的方式提供一個新前沿?！痹撗芯柯?lián)合作者、西北大學(xué)的Colin Franz說，“我們將能夠?qū)纳窠?jīng)損傷恢復(fù)或與神經(jīng)退行性疾病作斗爭的患者進行更有針對性的研究?！?/p>

研究人員表示，目前用于組織培養(yǎng)的電極陣列是二維的，無法與自然界中常見的復(fù)雜結(jié)構(gòu)相匹配，而且將多種材料整合到一個小型3D結(jié)構(gòu)中也是極具挑戰(zhàn)性的。

“現(xiàn)在，有了小而軟的3D電子設(shè)備，我們終于制造出能模仿人體中復(fù)雜生物形狀的設(shè)備?！痹撗芯控撠?zé)人、西北大學(xué)的John Rogers說。

下一步，科學(xué)家將使用這些設(shè)備更好地了解神經(jīng)疾病，測試具有臨床潛力的藥物和療法，并比較不同的患者來源的細胞模型。這些將有助于更好地把握個體差異，解釋神經(jīng)康復(fù)結(jié)果的巨大差異。

相關(guān)論文信息：http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abf9153



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