植入式神经电极阵列器件与材料的研究进展

人脑与电脑通过连续高通量的信息交互来实现深度融合是神经工程领域的重要发展愿景。脑机融合技术不但可以大幅提升运动残障、精神疾病、感知觉缺失能等多种疾病患者的治疗效果,更可以将电子计算机系统中存储的海量信息以及高速数值计算能力直接传递给人脑,从而赋予个人"超能力"。植入式神经电极阵列是发展宽带脑机融合智能系统所不可或缺的关键界面器件。一方面,植入式电极阵列可以同时保证大范围和高精度地记录神经元动作电位的精确发放时间和波形,为充分抽提神经信息,解读脑神经网络的活动奠定坚实基础。另一方面,借助植入式电极阵列对神经元进行高时空精度地信息写入,不但可以向脑内直接传入新信息,也可能改变神经精神疾病(例如帕金森氏症、癫痫和重度抑郁等)患者的异常神经网络活动,从而缓解症状或治疗疾病。电极阵列的微纳加工工艺、电极的理化特征及其与神经组织的界面效应是目前脑机接口技术前端研究的重要方向,而纳米材料和纳米器件等新技术在神经电子界面优化方面的重要作用也愈发明显。

神经疾病诊断与研究中的神经递质检测技术

神经递质的在体检测不仅可能作为帕金森氏症、阿尔兹海默症、抑郁症等多种神经疾病的生物标记物,同时,这类传感器也可作为研究奖赏、成瘾、厌恶等多种行为产生机制的重要工具。近年来,多种检测神经递质的分析技术已得到了长足的发展,但目前应用于疾病研究和在体检测的传感技术与材料尚面临一些困难,只有较少的应用实例。本文主要介绍了癫痫、帕金森氏症、脑卒中、阿尔兹海默症、精神分裂等疾病中神经递质发挥的重要作用及其检测的科学意义,探讨了在体传感器技术的进展,以及可能用于解析疾病神经环路机制的相关技术和器件,重点探讨了多种纳米材料、导电聚合物材料和生物分子作为在体传感器组成成分的应用技术,以及未来这些新技术、新材料面临的机遇与挑战。