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          设备带来硅计算能力来研究大脑

          该系统是基于改性的硅芯片从相机,但不是拍摄照片时,它需要一个电影神经电活动。

          A close up of the microwire array

          一个关闭微丝阵列最多|照片由安德鲁·布罗德黑德

          申博体育研究人员已经开发出一种新装置对大脑直接连接到基于硅的技术。而已经存在脑机接口设备 - 以及用于假肢,疾病治疗和脑科学研究 - 同时比现有的选项较少侵入这个最新的设备可以记录更多的数据。

          “没有人采取了这些2D硅电子和它们匹配到大脑之前的三维结构,说:”阿卜杜勒·奥贝德在材料科学与工程研究生在申博体育。 “我们必须抛弃我们已经了解传统的芯片制造和设计新的流程,使硅电子进入第三个维度。我们不得不这样做的,可以很容易扩展的一种方式。”

          该装置中,主题  公布3月20日 科学的进步, 包含微丝束,与每个金属丝小于最薄人类头发的宽度的一半。这些细线可以被轻轻地插入到脑,并直接连接在外面的硅芯片,其记录由每个线穿过电脑信号 - 像制作电影的神经电活动。该设备的当前版本包括数百微丝,但未来版本可能包含数千个。

          “电活动的观察大脑活动分辨率最高的一种方式,”说 尼克melosh在申博体育材料科学和工程教授和论文的共同资深作者。 “这个微丝阵列,我们可以看到什么在单神经元的水平。”

          研究人员测试了分离的视网膜细胞的脑机接口从大鼠和小鼠活的大脑。在这两种情况下,他们成功地在阵列上的数百个频道获得有意义的信号。正在进行的研究将进一步确定该设备可以保持多长时间在大脑以及这些信号可以揭示。团队是什么样的信号,可以告诉他们关于学习特别感兴趣。研究人员也正在上的应用程序安装假肢,特别讲话援助。

          值得等待

          研究人员知道,为了达到目的,他们必须创建一个脑机接口,它不仅持久,而且还能够建立与大脑有着密切的联系,而造成的损害最小的。他们集中于连接到硅基器件,以便采取在这些技术进步的优点。

          “硅芯片的功能是如此强大,并有扩大规模的令人难以置信的能力,说:” melosh。 “我们的阵列夫妇与技术非常简单。实际上你可以只取芯片,使之紧贴在束的暴露端并获得的信号。”

          研究人员攻克一个主要挑战就是如何构建阵列。它必须是坚固耐用,即使它的主要成分是微不足道的数百电线。该解决方案是包装每个导线中的生物安全的聚合物,然后一起捆扎在一起的金属轴环的内侧。这保证了导线间隔开,并且适当地定向。轴环下面,聚合物被移除,使得导线可以单独引导到大脑。

          存在的脑 - 机接口设备被限制为约100线提供100个频道的信号,并且每个必须精心放置用手在数组中。花了几年时间完善自己的设计和制造技术研究人员,以实现与数以千计的通道阵列的创建 - 支持他们的努力,部分,由 乌仔神经科学 大思路授予.

          “本装置的设计是从任何现有的高密度记录装置完全不同的,并且阵列的形状,尺寸和密度可以在制造期间被简单地改变。这意味着,我们可以同时记录在不同深度不同脑区与几乎所有的3D安排,”说 丁君,神经外科和神经学助理教授和论文的共同作者。 “如果应用广泛,该技术将大大优于我们在健康和疾病状态脑功能的理解。”

          消费年实现这一雄心勃勃的,但优雅的想法之后,但直到该过程的最后,他们有可能在活组织进行测试的设备。

          “我们不得不采取的微丝公里和生产大型阵列,然后将它们直接连接到硅芯片,”奥贝德说,谁是论文的共同第一作者。 “经过多年对设计工作的,我们测试它在视网膜上的第一次,它的工作的时候了。这是非常令人欣慰。”

          下面在视网膜上,并在小鼠体内的初步测试中,研究人员现在正进行长期的动物实验来检查数组的耐久性和大型版本的性能。他们也正在探索什么样的数据他们的设备可以报告。结果到目前为止,表明他们可以因为它们在大脑中发生的事情来观看学习和失败。研究人员大约能有一天的使用,以改善人类,如机械假肢和设备帮助恢复言语和视力的医疗技术的阵列乐观。

          另外申博体育共同作者包括Mina的elraheb汉娜(联合牵头),前博士生在melosh实验室;宇魏武(联合牵头),在宝顶实验室担任博士后研究员谁现在是在分子生物学研究所,中央研究院;诺拉brackbill,研究生在实验室齐齐尔尼斯基;和E.J。齐齐尔尼斯基,约翰河神经外科的阿德勒教授,眼科教授。其他共同作者是从弗朗西斯·克里克研究所(联合牵头),伦敦大学学院(联合牵头),paradromics INC。 (共 - 铅),和苏黎世。

          齐齐尔尼斯基是其成员 申博体育生物-X 和乌仔神经科学。定是斯坦福生物x的构件,所述 Maternal & Child 健康 Research Institute (MCHRI)和乌仔神经科学。 melosh是斯坦福生物x和乌仔神经科学研究所的成员;的一个子公司 普雷科特能源研究所;和一个教职研究员 申博体育化学-H.

          这项研究是由美国国家卫生研究院的支持,DARPA的乌仔神经科学研究所的弗朗西斯·克里克研究所,威康信托基金会,人类前沿科学计划和医学研究理事会。

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