提示：美國國防先期研究計劃局（DARPA）資助的可靠神經(jīng)接口技術(shù)（RE-NET）項目使研究人員可以同時利用光學(xué)和電子學(xué)方法對神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和刺激。

??? 圖：以往的金屬電極（左上圖）是不透明的，阻礙了對底層神經(jīng)組織的觀測。 DARPA的RE-NET項目開發(fā)的石墨烯傳感器是導(dǎo)電的，且只有4個原子厚，比目前的接口傳感器（上中圖）薄數(shù)百倍。由于厚度極小，在較寬的波長范圍內(nèi)都具有很強(qiáng)的透光性。新的設(shè)備將石墨烯附著在柔性的塑料（聚對二甲苯）襯里上，使其貼合組織的形狀（下圖）。該傳感器是概念驗(yàn)證的工具，可通過小型透明接口傳感器利用電/光方法對神經(jīng)組織進(jìn)行觀測和刺激（右上圖）。

??? [據(jù)DARPA官方網(wǎng)站2014年10月20日報道]了解大腦解剖結(jié)構(gòu)和功能是神經(jīng)科學(xué)的長期研究目標(biāo)，也是美國總統(tǒng)奧巴馬“腦科學(xué)計劃”的重中之重?；陔娮訉W(xué)的監(jiān)測和神經(jīng)信號刺激是研究腦功能的支柱技術(shù)，而新興的光學(xué)技術(shù)可以利用光子取代電子對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化，從而為探索大腦功能提供新機(jī)遇。如果能將電子學(xué)與光學(xué)技術(shù)協(xié)同使用，兩者優(yōu)勢互補(bǔ)，可以獲得更清晰、分辨率更高的腦結(jié)構(gòu)圖像。然而，要將這兩者結(jié)合具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)槌Ｒ?guī)的金屬電極厚度太大（大于500納米），難以透光，這使得電子學(xué)成像方法與許多光學(xué)方法不相容。

??? 為了克服這些挑戰(zhàn)，美國國防先期研究計劃局（DARPA）創(chuàng)造性地提出了小型化、透明接觸、電光結(jié)合的概念驗(yàn)證方法。在DARPA可靠神經(jīng)接口技術(shù)（RE-NET）項目的支持下，美國威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校的研究人員開發(fā)了新的腦結(jié)構(gòu)研究技術(shù)，相關(guān)的細(xì)節(jié)發(fā)表在《自然·通信》期刊上。

??? DARPA項目經(jīng)理道格·韋伯稱，這項技術(shù)表明對大腦中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動進(jìn)行可視化和量化具有重大的突破潛力。利用該技術(shù)，可以在大范圍快速觀測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活動，前所未有地深入了解大腦結(jié)構(gòu)和功能，更重要的是，可以了解大腦各結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以及這些關(guān)系如何隨著時間推移或因傷病而發(fā)生變化。

??? 新的設(shè)備將石墨烯附著在柔性的塑料襯里上，使其貼合組織的形狀。石墨烯傳感器具有導(dǎo)電性，但僅有4個原子的厚度，其厚度小于1納米，比目前的接口傳感器厚度小數(shù)百倍。由于厚度極小，在較寬的波長范圍內(nèi)都具有很強(qiáng)的透光性。而且，石墨烯對生物系統(tǒng)無毒性，明顯不同于以前厚度很大、難以制造且可能具有毒性的傳感器合金材料。

?? 這項技術(shù)結(jié)合了三個領(lǐng)域的前沿技術(shù)：石墨烯技術(shù)，這項技術(shù)使研究者獲得了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎；超分辨率熒光顯微鏡，其研究人員獲得了2014年諾貝爾化學(xué)獎；光遺傳學(xué)，這涉及細(xì)胞遺傳修飾創(chuàng)建特定的光反應(yīng)性蛋白質(zhì)。

??? RE-NET項目旨在開發(fā)了解和克服神經(jīng)接口失效機(jī)理的新工具和技術(shù)。DARPA希望推動下一代神經(jīng)技術(shù)來揭示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和功能之間的關(guān)系。RE-NET計劃和DARPA在該研究領(lǐng)域的后續(xù)項目希望通過利用新工具來測量電/光脈沖刺激下的神經(jīng)元的物理運(yùn)動和反應(yīng)。因此，這項技術(shù)不僅可以提供更好的觀察神經(jīng)系統(tǒng)自身機(jī)能的機(jī)會，而且可以通過對刺激和反射回路進(jìn)行精心調(diào)制，探索神經(jīng)信號和大腦之間的因果關(guān)系。這對于研究人員了解大腦、治療腦部傷病具有重大的促進(jìn)作用。

??? DARPA為響應(yīng)奧巴馬政府的腦科學(xué)計劃啟動了一批旨在提到對大腦動態(tài)和機(jī)制的了解、推進(jìn)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的項目。除RE-NET項目之外，其他項目還包括革命性假肢、恢復(fù)編碼存儲器集成神經(jīng)裝置、重組和可塑性加速傷勢恢復(fù)、提高抗壓等。DARPA還在研制用于神經(jīng)科學(xué)研究和治療的傳感器（如手本體感覺和觸摸界面、電子處方），以及將模擬大腦用于復(fù)雜信號處理和數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域。（中國船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院? 丁宏）