美国操作石墨烯传感器技能摸索脑布局与成果

　　图：以往的金属电极（左上图）是不透明的，阻碍了对底层神经组织的视察。 DARPA的RE-NET项目开拓的石墨烯传感器是导电的，且只有4个原子厚，比今朝的接口传感器（上中图）薄数百倍。由于厚度极小，在较宽的波长范畴内都具有很强的透光性。新的设备将石墨烯附着在柔性的塑料（聚对二甲苯）衬里上，使其贴合组织的形状（下图）。该传感器是观念验证的东西，可通过小型透明接口传感器操作电/光要领对神经组织举办视察和刺激（右上图）。

　　相识大脑剖解布局和成果是神经科学的恒久研究方针，也是美国总统奥巴马“脑科学打算”的重中之重。基于电子学的监测和神经信号刺激是研究脑成果的支柱技能，而新兴的光学技能可以操作光子代替电子对神经网络布局举办可视化，从而为摸索大脑成果提供新机会。假如能将电子学与光学技能协同利用，两者优势互补，可以得到更清晰、判别率更高的脑布局图像。然而，要将这两者团结具有挑战性，因为通例的金属电极厚度太大（大于500纳米），难以透光，这使得电子学成像要领与很多光学要领不相容。

　　为了降服这些挑战，美国国防先期研究打算局（DARPA）缔造性地提出了小型化、透明打仗、电光团结的观念验证要领。在DARPA靠得住神经接口技能（RE-NET）项目标支持下，美国威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员开拓了新的脑布局研究技能，相关的细节颁发在《自然·通信》期刊上。

　　DARPA项目司理道格·韦伯称，这项技能表白对大脑中神经网络勾当举办可视化和量化具有重大的打破潜力。操作该技能，可以在大范畴快速视察神经网络的勾当，前所未有地深入相识大脑布局和成果，更重要的是，可以相识大脑各布局的干系，以及这些干系如何跟着时间推移或因伤病而产生变革。

　　新的设备将石墨烯附着在柔性的塑料衬里上，使其贴合组织的形状。石墨烯传感器具有导电性，但仅有4个原子的厚度，其厚度小于1纳米，比今朝的接口传感器厚度小数百倍。由于厚度极小，在较宽的波长范畴内都具有很强的透光性。并且，石墨烯对生物系统无毒性，明明差异于以前厚度很大、难以制造且大概具有毒性的传感器合金质料。

　　这项技能团结了三个规模的前沿技能：石墨烯技能，这项技能使研究者得到了2010年的诺贝尔物理学奖；超判别率荧光显微镜，其研究人员得到了2014年诺贝尔化学奖；光遗传学，这涉及细胞遗传修饰建设特定的光回响性卵白质。

　　RE-NET项目旨在开拓相识和降服神经接口失效机理的新东西和技能。DARPA但愿敦促下一代神经技能来展现神经网络和成果之间的干系。RE-NET打算和DARPA在该研究规模的后续项目但愿通过操作新东西来丈量电/光脉冲刺激下的神经元的物理举动和回响。因此，这项技能不只可以提供更好的调查神经系统自身性能的时机，并且可以通过对刺激和反射回路举办经心调制，摸索神经信号和大脑之间的因果干系。这对付研究人员相识大脑、治疗脑部伤病具有重大的促进浸染。

　　DARPA为响应奥巴马当局的脑科学打算启动了一批旨在提到对大脑动态和机制的相识、推进相关技能应用的项目。除RE-NET项目之外，其他项目还包罗革命性假肢、规复编码存储器集成神经装置、重组和可塑性加快伤势规复、提高抗压等。DARPA还在研制用于神经科学研究和治疗的传感器（如手本体感受和触摸界面、电子处方），以及将模仿大脑用于巨大信号处理惩罚和数据阐明规模。（中国船舶家产综合技能经济研究院 丁宏）