萊斯大學的研究人員開發了一種新型植入式感測器–spinalNET，它能夠記錄自由活動的受試者脊髓神經元的電活動。這項突破有助於揭示脊髓神經元如何處理感覺和運動功能的複雜性，從而有可能改善脊髓疾病和損傷的治療方法。

吳宇是萊斯大學的研究科學家，也是《細胞報告》上發表的一項研究的主要作者。圖片來源：Jeff Fitlow/萊斯大學

植入式技術大大提高了我們研究甚至調節大腦神經元活動的能力。然而，脊髓中的神經元卻很難進行實際研究。

萊斯大學神經工程師團隊的研究科學家吳宇（Yu Wu）說：「如果我們能準確了解脊髓中的神經元是如何處理感覺和控制運動的，我們就能開發出治療脊髓疾病和損傷的更好方法。

萊斯大學神經工程師團隊開發出一種感測器，可以記錄自由移動動物模型中脊髓神經元的活動。來源：Jeff Fitlow/萊斯大學

“我們開發了一種微小的感測器–spinalNET，它能記錄受試者在不受任何約束的情況下進行正常活動時脊髓神經元的電活動，”吳說，他是發表在《細胞報告》 （Cell Reports）上的一項關於該感測器的研究的第一作者。 “能夠提取這些知識是為數百萬脊髓疾病患者開發治療方法的第一步，也是重要的一步。”

研究顯示，該感測器能長時間、高解析度地記錄自由活動小鼠脊髓中的神經元活動，甚至能對同一神經元進行多日追蹤。

萊斯大學研究科學家Yu Wu 手中的感測器spinalNET 比頭髮絲的寬度小一百多倍，幾乎和神經組織一樣柔軟。圖片來源：Jeff Fitlow/萊斯大學

“到目前為止，脊髓或多或少還是一個黑盒子，”該研究的通訊作者、電子與計算機工程系副教授欒嵐說。 “問題在於脊髓在正常活動時會發生很大的運動。每當你轉頭或彎腰時，脊髓神經元也在移動。”

在這種運動中，植入脊髓的剛性感測器不可避免地會幹擾甚至損壞脆弱的組織。然而，脊髓網比頭髮絲的寬度還要小一百多倍，因此非常柔軟、靈活–幾乎與神經組織本身一樣柔軟。

這項研究的通訊作者、電子與電腦工程和生物工程副教授Chong Xie 說：「這種靈活性賦予了它在脊髓運動過程中安全記錄脊髓神經元所需的穩定性和生物相容性。有了spinalNET ，我們就能從數百個神經元中獲得低噪音訊號。

欒嵐（左起）、吳瑜和謝崇。圖片來源：Jeff Fitlow/萊斯大學

脊髓在控制運動和其他重要功能方面起著至關重要的作用，而在不受約束的運動過程中以精細的空間和時間分辨率記錄脊髓神經元的能力，為研究脊髓神經元的作用機制提供了一個視窗。研究人員利用脊髓神經網路發現，中樞模式發生器中的脊髓神經元–在沒有特定時間資訊的情況下能產生有節奏運動模式（如行走）的神經元迴路–似乎不僅僅參與有節奏的運動。

吳說：「其中一些神經元與腿部運動密切相關，但令人驚訝的是，許多神經元與運動並無明顯關聯。這表明，控制節律性運動的脊髓迴路比我們想像的要復雜得多。

研究人員說，他們希望在未來的研究中幫助揭示其中的一些複雜性，解決脊髓神經元處理反射運動–例如受到驚嚇–與意志行動之間的區別等問題。

“除了科學洞察力之外，我們相信隨著技術的發展，它作為脊髓神經系統疾病和損傷患者的醫療設備具有巨大的潛力。”

編譯自/ ScitechDaily