大約20年前，出現(xiàn)了一種稱為光遺傳學的策略，用激光控制大腦活動。它利用病毒將基因插入細胞，使其對光敏感。光遺傳學給研究人員提供了一種精確的方法來刺激或抑制大腦回路，并闡明它們在大腦中的作用，從而徹底改變了神經(jīng)科學。然而，這項工作的一個主要缺點是，它通常只針對經(jīng)過基因改造的細胞，以便對光作出反應(yīng)。現(xiàn)在，中國科學家已經(jīng)開發(fā)出一種新的方法，在沒有這種限制的情況下使用光來控制腦細胞，這可能會大大擴展這種光學方法的應(yīng)用范圍。

與以前控制神經(jīng)元的方法相比，光遺傳學有許多優(yōu)點。電子技術(shù)通常被證明體積龐大且具有侵入性，從而引發(fā)炎癥，而藥物通常作用緩慢且不精確，具有不必要的副作用。然而，光遺傳學只對轉(zhuǎn)基因細胞起作用的事實在很大程度上限制了它的實驗室研究。

在這項新的研究中，研究人員對薄膜單晶硅二極管進行了實驗。當用激光照明時，根據(jù)光的極性，柔性光伏器件可以產(chǎn)生正電場或負電場。

在實驗室培養(yǎng)的神經(jīng)元的測試中，硅二極管可以激發(fā)或抑制神經(jīng)活動，這取決于它們的正電壓或負電壓。在對小鼠的實驗中，這些裝置還可以刺激或抑制后腿和大腦處理觸覺的部分的神經(jīng)活動。

研究人員表示，這些硅薄膜可以通過穿透組織的近紅外光，用于無線無電池神經(jīng)元刺激。這項研究的共同高級作者、北京清華大學材料科學家和電氣工程師Xing Sheng表示，潛在的應(yīng)用包括操縱周圍神經(jīng)以控制肢體運動、脊髓以緩解疼痛、迷走神經(jīng)以治療癲癇以及視網(wǎng)膜以進行視覺修復(fù)。

此外，這些設(shè)備是可生物吸收的，這意味著它們在體內(nèi)自然溶解。因此，在他們完成任何計劃的治療目標后，不需要進行腦手術(shù)來提取他們。

“如今，腦機接口是非常熱門的話題，”Sheng說，“然而，大多數(shù)人關(guān)注的要么是大腦部分的神經(jīng)科學家，要么是機器部分的電氣工程師。我們確實需要更多的人來處理接口的問題，這是關(guān)鍵。”

科學家們注意到，還沒有看到他們的設(shè)備如何幫助建立疾病模型。目前，“我們需要確定最適用的方案來使用我們的設(shè)備，并相應(yīng)地設(shè)計系統(tǒng)，以滿足體內(nèi)應(yīng)用，并滿足臨床級植入物的標準，”Sheng說。