論文的另一位通訊作者Tae-Woo Lee表示：

這是通過(guò)生物模擬電子神經(jīng)向生物器官傳遞神經(jīng)信號(hào)的 第一次。

(相關(guān)資料圖)

而鮑哲南則更加直接地指出其中潛力：為更友好、更實(shí)用的可穿戴神經(jīng)假肢提供了理論基石。

用人工神經(jīng)讓患鼠恢復(fù)自主運(yùn)動(dòng)

實(shí)際上，使用功能性電刺激，來(lái)幫助因神經(jīng)損傷失去運(yùn)動(dòng)能力的患者進(jìn)行康復(fù)治療，在臨床上已不鮮見。

問(wèn)題在于，傳統(tǒng)的神經(jīng)康復(fù)設(shè)備離日常使用著實(shí)還有些距離。

△圖源：Neural Prosthetics: A Review of Empirical vs. Systems Engineering Strategies

一方面，傳統(tǒng)設(shè)備通常依賴于外接計(jì)算機(jī)，功耗比較大且生物相容性差。

另一方面，如果使用強(qiáng)度恒定的電脈沖來(lái)刺激身體，可能會(huì)導(dǎo)致肌肉劇烈收縮，給人造成不適感。

而如果在刺激開始和停止的階段采用電壓斜坡，則需要額外的函數(shù)發(fā)生器，導(dǎo)致設(shè)備更加笨重。

于是，首爾大學(xué)和斯坦福大學(xué)的研究人員，把目光投向了人工神經(jīng)。

具體而言，研究人員提出了一種 可拉伸的神經(jīng)形態(tài)傳出神經(jīng)（SNEN）。

SNEN可以繞過(guò)受損神經(jīng)，通過(guò)軟性神經(jīng)接口和可拉伸電子系統(tǒng)重新引導(dǎo)電生理信號(hào)，并發(fā)送給肌肉，起到替代受損神經(jīng)功能的作用。

在結(jié)構(gòu)上，SNEN以有機(jī)半導(dǎo)體納米線作為人工突觸，以碳納米管 （CNT） 應(yīng)變傳感器作為人工肌肉主軸。

也就是說(shuō)，研究人員們構(gòu)建了一個(gè)“人工本體感受器”來(lái)向電子神經(jīng)提供實(shí)時(shí)反饋，而無(wú)需借助外部計(jì)算機(jī)的力量。

人體中的本體感受器位于運(yùn)動(dòng)器官感覺神經(jīng)末梢，能夠?qū)⑦\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的刺激信號(hào)轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動(dòng)傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，以穩(wěn)定身體姿態(tài)、調(diào)節(jié)身體運(yùn)動(dòng)。

仿生輸入動(dòng)作電位 （AP） 信號(hào)會(huì)被輸入到人工本體感受器上，然后轉(zhuǎn)移至突觸晶體管。

碳納米管應(yīng)變傳感器檢測(cè)肌肉應(yīng)變并調(diào)節(jié)人工本體感受器的輸出電壓。

此后，模擬反饋控制的突觸前電壓脈沖會(huì)被施加到人工突觸晶體管的柵極上，由此產(chǎn)生突觸后放電輸出信號(hào)，刺激小鼠腿部肌肉。

這樣一來(lái)，就像真正的神經(jīng)一樣，這些人造神經(jīng)可以釋放出強(qiáng)度逐漸升高/降低的電信號(hào)。

另外，該裝置的功耗僅為傳統(tǒng)微處理器系統(tǒng)的1/150。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，被植入這套人工神經(jīng)的癱瘓小鼠，成功恢復(fù)了腿部運(yùn)動(dòng)：在跑步機(jī)上實(shí)現(xiàn)了走和跑的動(dòng)作。

并且如開頭展示的那樣，研究人員還把踢球也安排上了。

通訊作者Tae-Woo Lee表示：

這項(xiàng)研究在克服神經(jīng)損傷的工程實(shí)踐上，采用了神經(jīng)形態(tài)學(xué)、而非生物醫(yī)學(xué)技術(shù)。

這為改善那些患有相關(guān)疾病的人們的生活質(zhì)量，開辟了一條新路。

研究團(tuán)隊(duì)

這項(xiàng)研究來(lái)自斯坦福大學(xué)鮑哲南教授和首爾大學(xué)Tae-Woo Lee教授帶領(lǐng)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)。

鮑哲南是知名華裔化學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院外籍院士、美國(guó)國(guó)家工程院院士、美國(guó)文理科學(xué)院院士，現(xiàn)任斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系教授。

她在有機(jī)電子材料和器件領(lǐng)域的建樹享譽(yù)全球，被公認(rèn)為印刷有機(jī)電子和仿生有機(jī)電子的開創(chuàng)者和領(lǐng)導(dǎo)者。

Tae-Woo Lee現(xiàn)任首爾大學(xué)材料科學(xué)與工程系、化學(xué)與生物工程系教授，曾任斯坦福大學(xué)客座教授。