中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心方英和田慧慧研究團(tuán)隊(duì)在基于生物編輯技術(shù)的腦機(jī)接口增強(qiáng)技術(shù)方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Spatially Precise Genetic Engineering at the Electrode-Tissue Interface為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。
腦機(jī)接口在大腦與外部電子設(shè)備之間創(chuàng)建直接的通訊通道，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的高帶寬信息交換，推動(dòng)人工智能與人類智能的深度融合。神經(jīng)電極是腦機(jī)接口中最底層的核心技術(shù)。這一技術(shù)將大腦中神經(jīng)元的放電活動(dòng)傳輸?shù)襟w外的電子設(shè)備，從而讀取大腦的意圖，并可以通過(guò)神經(jīng)電極調(diào)控神經(jīng)元的放電活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦信息的寫(xiě)入。
神經(jīng)電極和腦組織之間的界面是影響腦機(jī)接口性能的關(guān)鍵因素。該界面決定信息傳輸效率，直接影響腦機(jī)接口的靈敏度和精準(zhǔn)性。近年來(lái)，研究人員致力于提升神經(jīng)界面性能。該領(lǐng)域的研究可分為非生物神經(jīng)界面技術(shù)和生物神經(jīng)界面技術(shù)。以往研究聚焦于非生物神經(jīng)界面技術(shù)，即通過(guò)改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)或材料來(lái)提高神經(jīng)電極的生物相容性，降低組織反應(yīng)，從而提高腦機(jī)接口的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。生物神經(jīng)界面技術(shù)通過(guò)生物工程技術(shù)來(lái)改善電極周?chē)窠?jīng)組織的性能，有望實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口增強(qiáng)。目前，基于生物工程的神經(jīng)界面研究未有報(bào)道。
該團(tuán)隊(duì)提出了新型生物神經(jīng)界面技術(shù)。研究人員通過(guò)構(gòu)建基于基因工程技術(shù)的多功能柔性神經(jīng)電極，向神經(jīng)電極周?chē)哪X組織遞送基因并對(duì)細(xì)胞進(jìn)行特異性的基因編輯，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型腦機(jī)接口技術(shù)。該研究通過(guò)基于核糖核酸干擾的基因沉默技術(shù)，敲低了神經(jīng)界面附近神經(jīng)元中的蛋白酪氨酸磷酸酶（PTEN）和星形膠質(zhì)細(xì)胞中的聚嘧啶束結(jié)合蛋白1（PTBP1）基因。PTEN的沉默能夠提高神經(jīng)元細(xì)胞的生長(zhǎng)能力。同時(shí)，前期研究表明PTBP1能夠?qū)⑿切文z質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元細(xì)胞。該研究對(duì)神經(jīng)退行性疾病模型小鼠在RNA干擾后的神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行長(zhǎng)期檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)下調(diào)神經(jīng)元中的PTEN基因序列可以改善神經(jīng)元的電活動(dòng)。
基于基因工程的增強(qiáng)型腦機(jī)接口技術(shù)
該研究設(shè)計(jì)的多功能柔性神經(jīng)探針能夠結(jié)合生物工程和非生物工程的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)神經(jīng)界面的細(xì)胞進(jìn)行精準(zhǔn)轉(zhuǎn)染，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定基因的有效沉默，從而提高腦機(jī)接口技術(shù)的性能。這一方法拓寬了基因工程技術(shù)在增強(qiáng)型腦機(jī)接口領(lǐng)域的應(yīng)用，為推動(dòng)再生神經(jīng)電子學(xué)和下一代腦機(jī)接口領(lǐng)域的發(fā)展提供了工具。
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https://doi.org/10.1002/adma.202401327
