超薄、灵活的探头提供了微创、持久的神经接口

研究人员开发了一种微型、灵活的神经探针，可以植入更长的时间来记录和刺激神经活动，同时尽量减少对周围组织的损伤。该探针非常适合研究神经系统的小而动态区域，如周围神经或脊髓。

　　

6月7日发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的一篇论文详细介绍了这种新的神经探针，它非常薄——大约是人类头发宽度的五分之一——而且灵活。研究小组表示，这种类型的神经探针将是研究神经系统小而动态的区域，如周围神经或脊髓的理想选择。

索尔克研究所副教授、该研究的资深合著者阿克塞尔·尼默扬(Axel Nimmerjahn)说:“在这里，你需要一个非常小的、灵活的探针，它可以插入椎骨之间，与神经元连接，并可以随着脊髓的移动而弯曲。”

这些特点也使它与生物组织更兼容，更不容易触发免疫反应，这反过来使它更适合长期使用。

“对于慢性神经接口，你需要一个隐形的探针，身体甚至不知道它的存在，但仍然可以与神经元交流，”该研究的合著者、加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院的纳米工程教授唐纳德·瑟布利说。

虽然还有其他超薄、灵活的探针，但这个小探针的独特之处在于，它既可以记录神经元的电活动，又可以用光刺激特定的神经元。

Sirbuly说:“在如此小的占地面积内，采用电记录和光学刺激的双重方式是一种独特的组合。”

该探针由电通道和光通道组成。电通道包含超薄聚合物电极。光通道中包含一根超薄光纤。把这两个通道连接在一起需要一些巧妙的设计。研究人员需要弄清楚如何隔离通道，以防止它们相互干扰，并将它们都放入直径仅为8到14微米的微型探针中，同时确保该设备在机械上灵活、坚固、生物兼容，并能够与最先进的神经探针媲美。这包括寻找合适的材料组合来构建探针，以及优化电子通道的制造。

该团队将探针植入活老鼠的大脑长达一个月。长时间植入后，几乎没有引起脑组织炎症。当小鼠在受控环境中移动时，探针能够以高灵敏度记录神经元的电活动。探针还被用于针对特定的神经元类型，以产生特定的物理反应。利用探针的光通道，研究人员刺激老鼠皮层的神经元来移动它们的胡须。

在脑组织中进行的这些测试是作为概念的证明。该团队希望利用他们的探针在脊髓中进行未来的研究。

“目前，我们对脊髓如何工作，如何处理信息，以及它的神经活动在某些疾病条件下如何中断或受损知之甚少，”Nimmerjahn说。“从这种动态的微小结构记录下来是一个技术挑战，我们认为我们的探针和未来的探针阵列有独特的潜力来帮助我们研究脊髓——不仅在基本层面上理解它，而且有能力调节它的活动。”

加州大学圣地亚哥分校和索尔克研究所已经提交了一项关于本研究中描述的神经探针技术的专利申请。

这项工作得到了美国国防高级研究计划局(DARPA)生物技术办公室电子处方项目(HR0011-16-2-0027)、加州大学圣地亚哥卡维利大脑和心理研究所(2018-1492)和美国国立卫生研究院(R01 NS108034, U19 NS112959, U01 NS103522，和P30 CA014195)的支持。这项工作的部分工作是在加州大学圣地亚哥分校的圣地亚哥纳米技术基础设施(SDNI)进行的，该设施是国家纳米技术协调基础设施的成员，由国家科学基金会(授予ECCS-1542148)支持。

Journal Reference:

1. Spencer Ward, Conor Riley, Erin M. Carey, Jenny Nguyen, Sadik Esener, Axel Nimmerjahn, Donald J. Sirbuly. Electro-optical mechanically flexible coaxial microprobes for minimally invasive interfacing with intrinsic neural circuits. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-30275-x