近日，中国科学院深圳先进技术研究院正高级工程师、深港脑科学创新研究院研究员李骁健与其合作团队披露了利用光纳米神经遥控技术，实现将脑机接口设备微器件化，可灵活精创植入，使用寿命可控，以及无线交互信息。脑机接口这一应用于神经康复领域的前沿技术，不但由中国学者首创并持续引领，还是脑机接口从实验室走向临床的重要环节。这项研究已于2022年9月5日发布在国际顶级期刊《自然》子刊《自然-生物医学工程》。
这项研究成果是李骁健联合清华大学盛兴副教授团队、北京理工大学汪世溶副研究员等多个科研团队持续多年攻关所得，共同第一作者为清华大学原博士后黄云翔、北京生命科学研究所博士后崔玉婷、中国科学院深圳先进技术研究院研究实习员邓汉杰。
成果有望进入临床
事实上，这并不是李骁健第一次发布该研究方向的文章。早在2018年，李骁健作为共同第一作者的另一篇文章就已经在《自然-生物医学工程》上发表。而这篇文章也标志着李骁健与合作团队在国际上首创了光纳米神经遥控技术。
但当时的研究只实现了对脑神经兴奋状态的激活，并未实现对脑神经活动的抑制。当时激活的光电转换率并不高，这对于该技术是否能应用于临床至关重要，如果能效过低，那么转换过程中光的能量会很强，将产生很强的热效应，对脑组织有损伤的风险。
此次发表的研究成果，可以说是对2018年论文中未能解决的问题的回答。首先，是成功用较低的光能，通过光电纳米器件，使神经产生持续的兴奋，提高激活的转化率。其次，神经系统既有兴奋也有抑制效果，此次研究通过不同光电极性的微纳材料做的器件结构，成功做到抑制神经元的活性。
“一是提高了效率，二是丰富了功能，这是这篇最新论文的主要贡献。”李骁健向记者表示，通过提高转化效率及丰富调控功能，光纳米神经调控技术有望在较短期内应用于临床。
研究可降解传感器
目前，植入式脑机接口技术的应用，无法避免要往大脑里植入医疗装置，但脑外科手术中无法避免的创伤，给这项技术的临床应用带来了障碍。
“我们当然希望能通过一些无创的穿戴技术，把脑机接口的传感器放置在脑外，通过无线的通讯方式进行信息交互。但实际上，无论是从脑内读取数据，还是向脑内输入数据，穿戴式技术的时空精度都很低，能传输的信息量也很少。如果要达到精准交互大量的脑信息，这个信息传递的过程就必须在脑内进行。”李骁健向记者介绍，前沿研究的纳米神经交互技术，是对神经界面进行微米化甚至是纳米化的操作，让脑内和脑外信息实现双向无线传递。这种跨越颅骨的无线传输技术，只需要在脑中精创植入传感器即可实现，避免了大型脑外科手术带来的创伤。“我们希望做出能真正应用在临床上，作为医疗器械使用的工具。”李骁健表示。
光遗传技术在神经生物学研究领域有较多应用，李骁健此前在从事脑科学研究时，也运用光遗传技术，进行过神经活性的精准调控。但光遗传技术是通过遗传学的方法对神经活性进行调控，目前在临床上仍存在伦理争议，所以在此次研究中，并未使用任何遗传学方法。
除了不使用遗传学方法外，此次研究的另一重点是在传感器植入后的可降解性上。针对神经康复的应用场景，如果植入大脑内的传感器是可降解的，那么传感器在其功能完成后，使用者就不需要再通过脑外科手术将传感器取出，极大地减小了外科手术造成的创伤。
“目前我们正进一步优化设计，努力开发该技术的更多功能，进一步提升器件的能效，并准备做更大体型的动物实验。”李骁健表示，把技术发展成熟做成产品，尽快推向临床，服务于有神经系统疾病的患者，这是脑机接口研究的主要目的。
(深圳商报首席记者 刘悠扬 记者 刘欣怡)
