顆粒在線訊：近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員方英團(tuán)隊在高精度神經(jīng)調(diào)控與讀取技術(shù)方面取得新進(jìn)展，相關(guān)論文以Self-assembled multifunctional neural probes for precise integration of optogenetics and electrophysiology為題發(fā)表在Nature Communications上。 

　　腦科學(xué)的核心目標(biāo)是解析神經(jīng)電活動如何控制大腦的功能以及腦疾病的神經(jīng)機制。要實現(xiàn)這些目標(biāo)，需要精準(zhǔn)調(diào)控與讀取特定神經(jīng)環(huán)路的電活動信息。其中光遺傳與多通道電生理記錄聯(lián)用技術(shù)，可以實現(xiàn)對神經(jīng)元電活動的高時間分辨率調(diào)控與讀取，在神經(jīng)功能環(huán)路解析和腦疾病機制研究中均具有重要意義。然而在傳統(tǒng)方法中，由于光刺激范圍與電極記錄范圍在空間上存在一到兩個數(shù)量級的差別，導(dǎo)致神經(jīng)元電活動功能歸屬模糊，給神經(jīng)環(huán)路的高精度解析帶來了困難和挑戰(zhàn)。 

　　該研究團(tuán)隊長期致力于發(fā)展大腦神經(jīng)信息分析新技術(shù)及其在腦功能解析和腦機接口領(lǐng)域中的應(yīng)用。前期，團(tuán)隊利用微納加工技術(shù)和生物相容性納米材料，發(fā)展了一系列新型柔性神經(jīng)電極技術(shù)，包括可注射式柔性神經(jīng)電極（Nature Nanotechnology, 2015, 10, 629）、基于石墨烯和碳納米管的柔性全碳神經(jīng)電極（Nano Letters, 2017, 17, 71），以及高密度柔性神經(jīng)流蘇電極（Science Advances, 2019, 5, eaav2842）等，為長期穩(wěn)定讀取大腦神經(jīng)電活動提供了重要工具。 

　　在前期研究基礎(chǔ)上，研究人員近期構(gòu)建了一種多功能柔性神經(jīng)電極技術(shù)，同步實現(xiàn)了大腦中基因載體的精準(zhǔn)遞送、長期光遺傳學(xué)調(diào)控和神經(jīng)電生理記錄。利用彈性毛細(xì)自組裝原理，研究人員將高通量柔性神經(jīng)電極和光導(dǎo)元件在含有光遺傳基因載體的聚合物液體中進(jìn)行自組裝，得到了體積只有納升級別的多功能柔性神經(jīng)電極。研究發(fā)現(xiàn)，多功能柔性神經(jīng)電極能夠?qū)崿F(xiàn)基因載體在電極-神經(jīng)界面的高效遞送和表達(dá)?；诖?，研究人員利用多功能柔性神經(jīng)電極將光遺傳蛋白精準(zhǔn)表達(dá)在電極-神經(jīng)界面100微米范圍內(nèi)，從而確保了光遺傳調(diào)控神經(jīng)元集群和電生理記錄神經(jīng)元集群的高度空間一致性。進(jìn)一步利用柔性神經(jīng)電極良好的生物相容性，實現(xiàn)了對大腦神經(jīng)元電活動長達(dá)三個月以上的穩(wěn)定讀取與調(diào)控。 

　　研究成果在神經(jīng)環(huán)路的精準(zhǔn)解析和腦機接口等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。該項研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）“腦認(rèn)知與類腦前沿研究”、國家自然科學(xué)基金重大項目“帕金森綜合癥的神經(jīng)分析化學(xué)基礎(chǔ)研究”和國家自然科學(xué)基金國際（地區(qū)）合作交流項目“超薄柔性神經(jīng)電極用于古老腦的編碼機制研究”的支持。 

圖1 （a）多功能柔性神經(jīng)電極的自組裝示意圖（b）大腦中基因載體的精準(zhǔn)遞送

　　圖2 （a）柔性神經(jīng)電極（b）多功能柔性神經(jīng)電極（c）電極-神經(jīng)界面的精準(zhǔn)基因遞送和表達(dá)（d）大腦中同步神經(jīng)讀取與調(diào)控（e）精準(zhǔn)神經(jīng)讀取與調(diào)控示意圖