【儀表網 研發快訊】中國科學院國家納米科學中心方英和田慧慧研究團隊在基于生物編輯技術的腦機接口增強技術方面取得進展。相關研究成果以Spatially Precise Genetic Engineering at the Electrode-Tissue Interface為題，發表在《先進材料》(Advanced Materials)上。
腦機接口在大腦與外部電子設備之間創建直接的通訊通道，實現人與機器的高帶寬信息交換，推動人工智能與人類智能的深度融合。神經電極是腦機接口中最底層的核心技術。這一技術將大腦中神經元的放電活動傳輸到體外的電子設備，從而讀取大腦的意圖，并可以通過神經電極調控神經元的放電活動，從而實現對大腦信息的寫入。
神經電極和腦組織之間的界面是影響腦機接口性能的關鍵因素。該界面決定信息傳輸效率，直接影響腦機接口的靈敏度和精準性。近年來，研究人員致力于提升神經界面性能。該領域的研究可分為非生物神經界面技術和生物神經界面技術。以往研究聚焦于非生物神經界面技術，即通過改進電極結構或材料來提高神經電極的生物相容性，降低組織反應，從而提高腦機接口的長期穩定性。生物神經界面技術通過生物工程技術來改善電極周圍神經組織的性能，有望實現腦機接口增強。目前，基于生物工程的神經界面研究未有報道。
該團隊提出了新型生物神經界面技術。研究人員通過構建基于基因工程技術的多功能柔性神經電極，向神經電極周圍的腦組織遞送基因并對細胞進行特異性的基因編輯，從而實現增強型腦機接口技術。該研究通過基于核糖核酸干擾的基因沉默技術，敲低了神經界面附近神經元中的蛋白酪氨酸磷酸酶(PTEN)和星形膠質細胞中的聚嘧啶束結合蛋白1(PTBP1)基因。PTEN的沉默能夠提高神經元細胞的生長能力。同時，前期研究表明PTBP1能夠將星形膠質細胞轉分化為神經元細胞。該研究對神經退行性疾病模型小鼠在RNA干擾后的神經活動進行長期檢測，發現下調神經元中的PTEN基因序列可以改善神經元的電活動。
該研究設計的多功能柔性神經探針能夠結合生物工程和非生物工程的技術優勢，對神經界面的細胞進行精準轉染，實現對特定基因的有效沉默，從而提高腦機接口技術的性能。這一方法拓寬了基因工程技術在增強型腦機接口領域的應用，為推動再生神經電子學和下一代腦機接口領域的發展提供了工具。
基于基因工程的增強型腦機接口技術
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