可溶解光开关利用光控制神经元

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大约20年前，出现了一种称为光遗传学的策略，用激光控制大脑活动。它利用病毒将基因插入细胞，使其对光敏感。光遗传学给研究人员提供了一种精确的方法来刺激或抑制大脑回路，并阐明它们在大脑中的作用，从而彻底改变了神经科学。然而，这项工作的一个主要缺点是，它通常只针对经过基因改造的细胞，以便对光作出反应。现在，中国科学家已经开发出一种新的方法，在没有这种限制的情况下使用光来控制脑细胞，这可能会大大扩展这种光学方法的应用范围。

与以前控制神经元的方法相比，光遗传学有许多优点。电子技术通常被证明体积庞大且具有侵入性，从而引发炎症，而药物通常作用缓慢且不精确，具有不必要的副作用。然而，光遗传学只对转基因细胞起作用的事实在很大程度上限制了它的实验室研究。

在这项新的研究中，研究人员对薄膜单晶硅二极管进行了实验。当用激光照明时，根据光的极性，柔性光伏器件可以产生正电场或负电场。

在实验室培养的神经元的测试中，硅二极管可以激发或抑制神经活动，这取决于它们的正电压或负电压。在对小鼠的实验中，这些装置还可以刺激或抑制后腿和大脑处理触觉的部分的神经活动。

研究人员表示，这些硅薄膜可以通过穿透组织的近红外光，用于无线无电池神经元刺激。这项研究的共同高级作者、北京清华大学材料科学家和电气工程师Xing Sheng表示，潜在的应用包括操纵周围神经以控制肢体运动、脊髓以缓解疼痛、迷走神经以治疗癫痫以及视网膜以进行视觉修复。

The top series of images shows the natural dissolution of a silicon film on PLLA–PTMC wrapped around the sciatic nerve of mice. The bottom series shows the natural dissolution of a silicon film on the brain cortex of mice. XING SHENG

此外，这些设备是可生物吸收的，这意味着它们在体内自然溶解。因此，在他们完成任何计划的治疗目标后，不需要进行脑手术来提取他们。

“如今，脑机接口是非常热门的话题，”Sheng说，“然而，大多数人关注的要么是大脑部分的神经科学家，要么是机器部分的电气工程师。我们确实需要更多的人来处理接口的问题，这是关键。”

科学家们注意到，还没有看到他们的设备如何帮助建立疾病模型。目前，“我们需要确定最适用的方案来使用我们的设备，并相应地设计系统，以满足体内应用，并满足临床级植入物的标准，”Sheng说。

研究人员在9月5日的《自然生物医学工程》杂志上详细介绍了他们的发现。