新型植入物如何帮助我们实现这一目标

电子人不再是科幻小说。实际上，脑机接口(BMI)领域已经存在了一段时间，该领域使用经常植入大脑的电极将神经元信息转换为能够控制外部系统(如计算机或机械臂)的命令。企业家Elon Musk的公司Neuralink的目标是到2020年底在人类患者身上测试其BMI系统。

从长远来看，BMI设备可能有助于监视和治疗神经系统疾病的症状并控制假肢。但是它们还可以提供设计人工智能的蓝图，甚至可以实现脑对脑的直接交流。然而，目前，主要挑战是开发出在植入和手术过程中避免损害脑组织和细胞的BMI。

BMI已经存在了十多年，例如，它可以帮助失去肢体控制能力的人。但是，通常由硅制成的传统植入物比实际的大脑组织要硬几个数量级，这会导致记录不稳定并损坏周围的大脑组织。

它们还可以导致大脑拒绝植入物的免疫反应。这是因为我们的大脑就像一个守卫的堡垒，而神经免疫系统(就像这个封闭的堡垒中的士兵一样)将保护神经元(脑细胞)免受病原体或BMI等入侵者的侵害。

柔性设备

为了避免损害和免疫反应，研究人员越来越关注于所谓的“柔性BMI”的开发。它们比硅植入物柔软得多，并且与实际的大脑组织相似。

例如，Neuralink首次设计出了灵活的“线程”和插入器(纤细的，类似于线程的探针，比以前的植入物要灵活得多)，将人的大脑直接连接到计算机。这些设计旨在最大程度地减少大脑手术后插入后大脑的免疫反应排斥电极的机会。

同时，哈佛大学里伯分校的研究人员最近设计了一种微型网状探针，看起来非常像真实的神经元，大脑无法识别冒充者。这些受生物启发的电子产品由铂电极和超细金线组成，这些金线被聚合物包裹，其大小和柔韧性类似于神经元细胞体和神经神经纤维。

对啮齿动物的研究表明，这种神经元样探针插入大脑后不会引发免疫反应。他们能够监视神经元的功能和迁移。

进入细胞

如今使用的大多数BMI都会拾取泄漏到神经元外部的脑电信号。如果我们将神经信号想像成在房间内产生的声音，那么当前的录制方法就是聆听房间外的声音。不幸的是，信号强度由于壁(神经元膜)的过滤作用而大大降低。

为了获得最准确的功能读数以更好地控制例如人造肢体，电子记录设备需要直接进入神经元内部。用于细胞内记录的最广泛使用的常规方法是“膜片钳电极”：填充有电解质溶液的中空玻璃管​​和与分离细胞的膜接触的记录电极。但是，微米级的尖端会对细胞造成不可逆转的损害。而且，它一次只能记录几个单元。

为了解决这些问题，我们最近开发了一种类似发夹的3-D纳米线晶体管阵列，并用它来读取多个神经元的细胞内电活动。重要的是，我们能够做到这一点而没有任何可识别的细胞损伤。我们的纳米线极细且柔韧，易于弯曲成发夹状-晶体管仅约15x15x50纳米。如果神经元大小等于房间的大小，那么这些晶体管的大小将相当于门锁的大小。

这些超小型，灵活的纳米线探针涂有模仿细胞膜感觉的物质，可以用最少的力气穿过细胞膜。他们可以记录细胞内震颤，其精确度与最大竞争对手：膜片钳电极相同。