帕金森氏病、抑郁癥、焦慮癥、阿爾茲海默癥等神經(jīng)精神類疾病不僅日漸危害患者的身體健康，而且還導(dǎo)致沉重的醫(yī)療負(fù)擔(dān)和家庭悲劇。然而，目前科學(xué)家們對此類疾病的發(fā)病機(jī)制和有效治療手段依然知之甚少。了解精準(zhǔn)調(diào)控神經(jīng)回路的技術(shù)，對我們深入理解、治療此類疾病存在重大意義。

當(dāng)前，神經(jīng)藥理學(xué)、光遺傳學(xué)是公認(rèn)較為先進(jìn)的對大腦深層神經(jīng)回路的精準(zhǔn)解碼手段。但，它們往往被輸送藥物的材料所限制，面臨不斷的藥物耗盡或蒸發(fā)的挑戰(zhàn)，以至于不能長時間靶向與疾病相關(guān)的特定神經(jīng)元，原本需要幾個月的研究不斷被中止。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41551-019-0432-1

近日，發(fā)表在《Nature Biomedical Engineering》雜志上的一篇文章，突破了這一研究瓶頸！來自韓國高等科學(xué)技術(shù)研究所和西雅圖華盛頓大學(xué)的研究人員們表示：一種微型無線設(shè)備在植入腦部神經(jīng)后，可通過智能手機(jī)操作完成精準(zhǔn)投放任何特定組合的藥物或者光線到達(dá)目標(biāo)神經(jīng)細(xì)胞之中，輔助慢性神經(jīng)藥理學(xué)和光遺傳學(xué)實現(xiàn)精準(zhǔn)、長效、可控的腦回路操作。

可替換藥物盒，無限續(xù)航

精準(zhǔn)投遞的目標(biāo)實現(xiàn)了，那么長時間靶向的問題呢？無線耳機(jī)Airpods配備的充電盒能夠隨時隨地為Airpods充電，類比一下，藥物長續(xù)航不就需要這樣一個充電盒嗎？

于是，研究人員們又合作發(fā)明了一種帶有可替換藥物盒的神經(jīng)裝置，解決了藥物長續(xù)航問題，神經(jīng)科學(xué)家可以在幾個月內(nèi)自在研究腦神經(jīng)回路，而不必?fù)?dān)心藥物用完。

這個神經(jīng)裝置和Airpods充電盒差不多大，原理也很類似。

先看看其藥筒的使用方法，與 “Airpods充電盒”有點類似，即插即用，但也不同，它是一次性的，用完丟掉。再看看探頭，約一根頭發(fā)的厚度、絲般柔軟，植入異樣感不存在！最后看看通道，約一粒鹽大小的微流體通道和LED光線通道，竟然能夠承載無限劑量的藥物和光能傳輸。超強(qiáng)續(xù)航，絕對沒問題！

KAIST電氣工程Jeong小組的Jae-Woong Jeong教授興奮地表示：“這種革命性的設(shè)備是先進(jìn)電子設(shè)計和強(qiáng)大的微納米工程的結(jié)晶，我們將進(jìn)一步開發(fā)這項技術(shù)，為臨床應(yīng)用制造腦植入物。”

APP界面監(jiān)控，超強(qiáng)輔助

為了實時監(jiān)控藥物、光敏的變化、隨意變換藥物組合、以及精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換神經(jīng)細(xì)胞研究位置，研究人員還開發(fā)了相應(yīng)的智能手機(jī)APP。通過無線連接神經(jīng)設(shè)備，輕觸手機(jī)界面便能產(chǎn)生實際操作，讓科學(xué)家們有機(jī)會擺脫實驗室“呆太久”的困境。

此外，研究人們還通過編程設(shè)計了全自動化的動物標(biāo)準(zhǔn)研究程序，來觀察某一只動物在光或藥物的釋放速率或劑量的影響下，能否對其他動物的行為產(chǎn)生影響。

華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院麻醉學(xué)和疼痛醫(yī)學(xué)與藥理學(xué)教授Michael Bruchas表示：“這一裝置讓我們能夠更好地剖析行為產(chǎn)生的神經(jīng)回路，以及大腦中特定的神經(jīng)是以何種方式來調(diào)節(jié)行為的。我們驚喜地發(fā)現(xiàn)，這種裝置能夠幫助科學(xué)家們進(jìn)行復(fù)雜的藥理學(xué)研究，也為治療疼痛、成癮和情緒障礙創(chuàng)制了新的療法。”

腦部植入，風(fēng)險仍然很大

盡管此研究突破了神經(jīng)研究的研究瓶頸，推動了長效精準(zhǔn)的腦神經(jīng)研究進(jìn)程。但，其試驗的風(fēng)險也同樣讓人擔(dān)心。比如：無線WiFi輻射是不是可能會破壞血腦屏障，導(dǎo)致血管爆炸，從而損傷腦細(xì)胞？無線WiFi輻射是不是可能會對大腦造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害，并且正在發(fā)育中的孩子將承受的傷害更大呢？又或者說，人體植入是否符合倫理標(biāo)準(zhǔn)呢？

更讓社會擔(dān)心的是，黑客一旦入侵，改變操作程序控制人腦，結(jié)果將無法想象……

參考資料：

[1]Wireless optofluidic brain probes for chronic neuropharmacology and photostimulation

[2]Scientists can now manipulate brain cells using smartphone

[3]Scientists Announce They Can Manipulate Brain Cells with Smartphone-controlled Implant