魚羊 發自 凹非寺
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植入一根電子神經，原本已失去行動能力的小鼠竟直接踢起了球。
這事兒如今真真發表在了Nature子刊《自然·生物醫學工程》上，研究團隊由知名華裔科學家鮑哲南領銜。
并且這麼一根人造“神經”，就像真正的神經一樣，是通過向器官傳遞生物神經信号來發揮作用的。
論文的另一位通訊作者Tae-Woo Lee表示：
這是通過生物模拟電子神經向生物器官傳遞神經信号的第一次。
而鮑哲南則更加直接地指出其中潛力：為更友好、更實用的可穿戴神經假肢提供了理論基石。
用人工神經讓患鼠恢複自主運動
實際上，使用功能性電刺激，來幫助因神經損傷失去運動能力的患者進行康複治療，在臨床上已不鮮見。
問題在于，傳統的神經康複裝置離日常使用着實還有些距離。
△圖源：Neural Prosthetics: A Review of Empirical vs. Systems Engineering Strategies
一方面，傳統裝置通常依賴于外接計算機，功耗比較大且生物相容性差。
另一方面，如果使用強度恒定的電脈沖來刺激身體，可能會導緻肌肉劇烈收縮，給人造成不适感。
而如果在刺激開始和停止的階段采用電壓斜坡，則需要額外的函數發生器，導緻裝置更加笨重。
于是，首爾大學和斯坦福大學的研究人員，把目光投向了人工神經。
具體而言，研究人員提出了一種可拉伸的神經形态傳出神經（SNEN）。
SNEN可以繞過受損神經，通過軟性神經接口和可拉伸電子系統重新開機電生理信号，并發送給肌肉，起到替代受損神經功能的作用。
在結構上，SNEN以有機半導體納米線作為人工突觸，以碳納米管（CNT）應變傳感器作為人工肌肉主軸。
也就是說，研究人員們建構了一個“人工本體感受器”來向電子神經提供實時回報，而無需借助外部計算機的力量。
人體中的本體感受器位于運動器官感覺神經末梢，能夠将運動産生的刺激信号轉化為神經沖動傳入中樞神經系統，以穩定身體姿态、調節身體運動。
仿生輸入動作電位（AP）信号會被輸入到人工本體感受器上，然後轉移至突觸半導體。
碳納米管應變傳感器檢測肌肉應變并調節人工本體感受器的輸出電壓。
此後，模拟回報控制的突觸前電壓脈沖會被施加到人工突觸半導體的栅極上，由此産生突觸後放電輸出信号，刺激小鼠腿部肌肉。
這樣一來，就像真正的神經一樣，這些人造神經可以釋放出強度逐漸升高/降低的電信号。
另外，該裝置的功耗僅為傳統微處理器系統的1/150。
實驗結果顯示，被植入這套人工神經的癱瘓小鼠，成功恢複了腿部運動：在跑步機上實作了走和跑的動作。
并且如開頭展示的那樣，研究人員還把踢球也安排上了。
通訊作者Tae-Woo Lee表示：
這項研究在克服神經損傷的工程實踐上，采用了神經形态學、而非生物醫學技術。
這為改善那些患有相關疾病的人們的生活品質，開辟了一條新路。
研究團隊
這項研究來自斯坦福大學鮑哲南教授和首爾大學Tae-Woo Lee教授帶領的國際團隊。
鮑哲南是知名華裔化學家、中國科學院外籍院士、美國國家工程院院士、美國文理科學院院士，現任斯坦福大學化學工程系教授。
她在有機電子材料和器件領域的建樹享譽全球，被公認為印刷有機電子和仿生有機電子的開創者和上司者。
Tae-Woo Lee現任首爾大學材料科學與工程系、化學與生物工程系教授，曾任斯坦福大學客座教授。
參考連結：
[1]https://www.nature.com/articles/s41551-022-00918-x
[2]https://spectrum.ieee.org/artificial-nerves
— 完 —
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