美国的一个研究人员团队利用玻璃碳而非常用的铂打造出信噪比提升两倍、光滑度提升10倍的电极。这种电极很适合用于脑机接口,可能能够用于帮助遭受神经退行性疾病的病人和假肢使用者。

脑机接口(BCI)正变得越来越先进,这主要得益于提高我们对大脑运作方式的理解的研究。脑机接口让人类的想法能够转化成机器指令。这给那些遭受神经退行性疾病的病患和需要使用假肢的人带来了希望。

尽管脑机接口如今相当先进,但它们仍然主要依靠置于大脑表面的可植入芯片和电极来从名为神经递质的大脑化学物质来接收和传输信号。现在的一流电极用薄膜铂制成,时间一长很容易出现腐蚀。感觉运动神经工程中心(CSNE)——圣地亚哥州立大学、华盛顿大学和麻省理工学院联手成立的组织——正致力于研究大幅改进该项技术。他们的研究成果刊登在Nature旗下期刊《科学报告》上。

由CSNE副主任萨姆·卡塞格内(Sam Kassegne)领头的研究人员用一种名为“玻璃碳”的碳开发出了电极,而不是使用铂。卡塞格内向圣地亚哥州立大学表示,“玻璃碳在直接从神经递质读取信号上的效果要好很多。你可以将信噪比提升两倍之多。信号会清晰得多,更容易解读。”此外,由于玻璃碳比颗粒状的薄膜铂光滑10倍,电刺激腐蚀它的速度要更加缓慢。这种材料的耐受性也好于铂以及其它任何用于电极的材料。

研究人员认为,玻璃碳远不止是能够改进大脑信号传输。他们还使用玻璃碳制成的、经过改进的脑机接口,来同时在大脑皮质表层旁边和从大脑内部记录神经信号。“如果你从大脑更深的位置记录,你就能够从单一的神经元记录。”研究人员艾丽莎·卡斯塔格诺拉(Elisa Castagnola)解释道,“在大脑表面上,你可以从神经元群记录信号。这可让你更好地理解复杂的大脑信号传送机制。”

另一个潜在的应用甚至更有前景。卡塞格内实验室的学生Mieko Hirabayashi正在探索利用玻璃碳技术使得脊髓神经细胞生长,从而替代受损的组织的可能性。Mieko Hirabayashi正对老鼠进行试验,看看这种神经生长能否通过精准的电刺激来激发。如果新型的玻璃碳电极没有出现,Mieko Hirabayashi就无法从神经递质刺激和解读电信号,甚至无法轻松检测出神经递质。

随着现有的脑机接口技术不断取得成果,不难想象未来人类和机器可能能够真正实现融合。像CSNE的研究这样的进展正拉近我们与这样的未来的距离。