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研究開發三維多功能神經界麵。 圖片來源：西北大學
美國西北大學和伊利諾伊大學等機構的研究人員，開發了一項新技術，有望增加人們(men) 對大腦發育方式的理解，並為(wei) 神經創傷(shang) 和神經退行性疾病後的大腦修複提供答案。
該研究是第一個(ge) 將最複雜的三維生物電子係統與(yu) 人類神經係統相結合的研究，其目標是精確研究人類大腦回路是如何在體(ti) 外發育和自我修複的。相關(guan) 論文近日刊登於(yu) 《科學進展》。
研究中使用的皮質球狀體(ti) 類似於(yu) “迷你大腦”，來自人類誘導多能幹細胞。利用該團隊開發的三維神經接口係統，科學家創建了一個(ge) “微型培養(yang) 皿實驗室”，專(zhuan) 門研究這些微型大腦，同時收集不同類型的數據。
研究人員利用電極記錄“迷你大腦”電活動，並添加了微小的加熱元件保持大腦培養(yang) 物的溫度，或者在某些情況下故意給它們(men) 施加壓力。他們(men) 還采用了微型探針——如氧傳(chuan) 感器和小型LED燈——進行光遺傳(chuan) 學實驗。例如，他們(men) 在細胞中引入基因，以便用不同顏色的光脈衝(chong) 控製神經活動。
這個(ge) 平台使科學家能夠在不直接涉及人類或進行侵入性測試的情況下對人體(ti) 組織進行複雜研究。理論上，任何人都可以捐獻一定數量的細胞，然後科學家可以對這些細胞重新編程，產(chan) 生一個(ge) 微型球狀大腦。
“這項研究將為(wei) 我們(men) 研究和理解大腦的方式提供一個(ge) 新前沿。”該研究聯合作者、西北大學的Colin Franz說，“我們(men) 將能夠對從(cong) 神經損傷(shang) 恢複或與(yu) 神經退行性疾病作鬥爭(zheng) 的患者進行更有針對性的研究。”
研究人員表示，目前用於(yu) 組織培養(yang) 的電極陣列是二維的，無法與(yu) 自然界中常見的複雜結構相匹配，而且將多種材料整合到一個(ge) 小型3D結構中也是極具挑戰性的。
“現在，有了小而軟的3D電子設備，我們(men) 終於(yu) 製造出能模仿人體(ti) 中複雜生物形狀的設備。”該研究負責人、西北大學的John Rogers說。
下一步，科學家將使用這些設備更好地了解神經疾病，測試具有臨(lin) 床潛力的藥物和療法，並比較不同的患者來源的細胞模型。這些將有助於(yu) 更好地把握個(ge) 體(ti) 差異，解釋神經康複結果的巨大差異。
相關(guan) 論文信息：https://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abf9153
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