“芯片上的神经”平台为使用芯片改善神经修复设计铺平了道路。

神经修复术 - 包含可以替代某些神经功能的多接触电极的植入物 - 具有创造奇迹的潜力。他们可能能够恢复被截肢者的触觉，通过刺激他们的脊髓再次帮助瘫痪的行走，并使患有慢性疼痛的人的神经活动沉默。在正确的位置和正确的时间刺激神经对于实施有效治疗至关重要，但由于植入物无法精确记录神经活动，因此仍然是一项挑战。“我们的大脑发送和接收数百万的神经冲动，但我们通常只在患者身上植入十几个电极。这种类型的界面通常没有必要的分辨率来匹配患者神经系统中复杂的信息交换模式，” Sandra Gribi说，

复制 - 并改进 - 神经修复术的工作原理

由EPFL工程学院教授StéphanieLacour博士主持的实验室的科学家开发了一种神经片上平台，可以从外植神经纤维中进行刺激和记录，就像植入神经修复体一样。他们的平台包含嵌入电极和外植神经纤维的微通道，忠实地复制体内组织的结构，成熟和功能。

科学家们测试了他们的平台对大鼠脊髓移植的神经纤维的影响，尝试了各种刺激和抑制神经活动的策略。“体外试验通常是针对培养皿中的神经元培养物进行的。但是这些培养物并不能复制您在体内发现的神经元的多样性，例如它们的不同类型和直径。所产生的神经细胞的特性也会发生变化。一些科学家通常使用的细胞外微电极阵列不能记录文化中单个神经细胞的所有活动，“格里比说。

在EPFL开发的神经片上平台可以在两天内在洁净室中制造，并且能够以高信噪比快速记录数百个神经反应。然而，真正区分它的是它可以记录个体神经细胞的活动。该研究刚刚在Nature Communications上发表。

抑制特定神经元的活动

科学家利用他们的平台测试了一种抑制神经活动的光热方法。“神经抑制可能是一种治疗慢性疼痛的方法，如手臂或腿部截肢后出现的幻肢痛，或神经性疼痛，”Lacour说。

科学家在芯片的某些电极上沉积了一种称为P3HT：PCBM的光热半导体聚合物。“聚合物在受光照时会变热。由于我们电极的灵敏度，我们能够测量各种外植神经纤维之间的活动差异。更具体地说，最薄纤维的活动主要受阻，”Gribi说。 。正是那些细小的纤维是伤害感受器 - 导致疼痛的感觉神经元。下一步将是在放置在神经周围的植入物中使用聚合物来研究体内抑制作用。

区分感觉和运动神经纤维

科学家们还利用他们的平台改善了记录电极的几何形状和位置，以便开发出可以再生周围神经的植入物。通过强大的算法运行测量的神经数据，他们将能够计算神经冲动传播的速度和方向 - 从而确定给定的脉冲是来自感觉还是运动神经。“这将使工程师能够开发双向选择性植入物，从而可以更自然地控制假肢手等假肢，”Lacour说。

资金

这项工作得到瑞士国家科学基金会，CR32I2-149609SFN和Bertarelli基金会的支持。