革命性的微型传感器可揭示隐藏的神经元活动

吴宇是莱斯大学的研究科学家，也是《细胞报告》上发表的一项研究的主要作者。图片来源：Jeff Fitlow/莱斯大学

植入式技术大大提高了我们研究甚至调节大脑神经元活动的能力。然而，脊髓中的神经元却很难进行实际研究。

莱斯大学神经工程师团队的研究科学家吴宇（Yu Wu）说："如果我们能准确了解脊髓中的神经元是如何处理感觉和控制运动的，我们就能开发出治疗脊髓疾病和损伤的更好方法。"

莱斯大学神经工程师团队开发出一种传感器，可以记录自由移动动物模型中脊髓神经元的活动。资料来源：Jeff Fitlow/莱斯大学

"我们开发了一种微小的传感器--spinalNET，它能记录受试者在不受任何约束的情况下进行正常活动时脊髓神经元的电活动，"吴说，他是发表在《细胞报告》（Cell Reports）上的一项关于该传感器的研究的第一作者。"能够提取这些知识是为数百万脊髓疾病患者开发治疗方法的第一步，也是重要的一步。"

研究显示，该传感器能长时间、高分辨率地记录自由活动小鼠脊髓中的神经元活动，甚至能对同一神经元进行多日追踪。

莱斯大学研究科学家 Yu Wu 手中的传感器 spinalNET 比头发丝的宽度小一百多倍，几乎和神经组织一样柔软。图片来源：Jeff Fitlow/莱斯大学

"到目前为止，脊髓或多或少还是一个黑盒子，"该研究的通讯作者、电子与计算机工程系副教授栾岚说。"问题在于脊髓在正常活动时会发生很大的运动。每当你转头或弯腰时，脊髓神经元也在移动。"

在这种运动中，植入脊髓的刚性传感器不可避免地会干扰甚至损坏脆弱的组织。然而，脊髓网比头发丝的宽度还要小一百多倍，因此非常柔软、灵活--几乎与神经组织本身一样柔软。

这项研究的通讯作者、电子与计算机工程和生物工程副教授 Chong Xie 说："这种灵活性赋予了它在脊髓运动过程中安全记录脊髓神经元所需的稳定性和生物兼容性。有了 spinalNET，我们就能从数百个神经元中获得低噪声信号。"

栾岚（左起）、吴瑜和谢崇。图片来源：Jeff Fitlow/莱斯大学

脊髓在控制运动和其他重要功能方面起着至关重要的作用，而在不受约束的运动过程中以精细的空间和时间分辨率记录脊髓神经元的能力，为研究脊髓神经元的作用机制提供了一个窗口。研究人员利用脊髓神经网络发现，中枢模式发生器中的脊髓神经元--在没有特定时间信息的情况下能产生有节奏运动模式（如行走）的神经元回路--似乎不仅仅参与有节奏的运动。

吴说："其中一些神经元与腿部运动密切相关，但令人惊讶的是，很多神经元与运动并无明显关联。这表明，控制节律性运动的脊髓回路比我们想象的要复杂得多。"

研究人员说，他们希望在未来的研究中帮助揭示其中的一些复杂性，解决脊髓神经元处理反射运动--例如受到惊吓--与意志行动之间的区别等问题。

"除了科学洞察力之外，我们相信随着技术的发展，它作为脊髓神经系统疾病和损伤患者的医疗设备具有巨大的潜力。"

编译自/ScitechDaily