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來(lái)源: 網(wǎng)易科技報道 2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃塞洛夫（Konstantin Novoselov）首次成功分離出石墨烯，取得了重大突破。石墨烯是由單層原子構成的平面碳材料，也是已知最薄且最堅固的材料之一。因其獨特性質(zhì)，它被譽(yù)為“神奇材料”，并幫助海姆和諾沃塞洛夫贏(yíng)得了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎。 在隨后的20年間，石墨烯已成功應用于電池、傳感器、半導體、空調甚至耳機等多個(gè)領(lǐng)域。目前，這項技術(shù)正在用于人類(lèi)大腦的研究中。 當地時(shí)間周四，曼徹斯特大學(xué)的一組外科醫生在一名患者的大腦皮層（即大腦最外層）短暫植入了一種薄如膠帶的石墨烯裝置。這項技術(shù)由西班牙InBrain Neuroelectronics公司研發(fā)，是一種腦機接口設備，用于收集并解碼大腦信號。目前，包括埃隆·馬斯克（Elon Musk）旗下Neuralink在內的多家公司均在開(kāi)發(fā)此類(lèi)腦機接口，而InBrain也是其中的重要參與者之一。 InBrain的聯(lián)合創(chuàng )始人兼首席執行官卡羅萊納·阿吉拉爾（Carolina Aguilar）表示：“我們的目標是推出一款能夠進(jìn)行大腦解碼和大腦測繪的商業(yè)產(chǎn)品，并可用于治療多種疾病�！� 大腦測繪是一項旨在輔助規劃腦部手術(shù)的技術(shù)。例如，在切除腦腫瘤時(shí)，外科醫生會(huì )在患者的大腦上放置電極，以確定大腦中控制運動(dòng)和語(yǔ)言功能的位置，從而確保在不影響患者運動(dòng)或語(yǔ)言能力的情況下安全切除腫瘤。 在最新的一次手術(shù)中，InBrain的石墨烯腦機接口設備在患者大腦上成功運行了79分鐘。此前，該患者已接受過(guò)腦部腫瘤切除手術(shù)，并同意參與實(shí)驗。在此期間，研究人員觀(guān)察到InBrain設備能夠以微米級精度區分健康與癌變的腦組織。 曼徹斯特大學(xué)是InBrain首次人體試驗的基地，該研究將在多達10名因其他原因已經(jīng)接受過(guò)腦部手術(shù)的患者身上測試石墨烯裝置。這項研究得到了歐盟石墨烯旗艦項目（Graphene Flagship）的大力支持，該項目旨在驗證石墨烯與人類(lèi)大腦直接接觸的安全性。 執行這臺手術(shù)的神經(jīng)外科醫生大衛·庫普（David Coope）對InBrain裝置給予高度評價(jià)，指出其相比傳統電極具有更高的靈活性，能夠更好地貼合大腦表面。他說(shuō)：“從外科的角度來(lái)看，這意味著(zhù)我們可能會(huì )把它放在傳統電極難以觸及的區域。用于大腦測繪的傳統電極多為鑲嵌在硅中的鉑銥盤(pán)，較為堅硬�！� 相比之下，InBrain設備是一個(gè)位于大腦表層的透明薄片，只有人類(lèi)頭發(fā)的一半粗細，包含48個(gè)微小的解碼用石墨烯電極，每個(gè)電極只有25微米。 此外，InBrain公司還在研發(fā)一種能夠穿透腦組織的植入物，旨在提供更為精確的電刺激。這種設備可以單獨用于大腦測繪，但阿吉拉爾透露，該公司正計劃將這兩種設備結合，以期在治療帕金森病等神經(jīng)系統疾病方面取得突破。 目前，腦深部電刺激術(shù)（DBS）作為一種成熟的治療方法，已廣泛應用于帕金森癥、癲癇等疾病的治療中。通過(guò)向腦組織插入針狀金屬電極并輸送電流，以干擾大腦中引起震顫和其他運動(dòng)癥狀的不規則信號。 目前，無(wú)論患者是否出現癥狀，大多數DBS系統都會(huì )持續刺激。但隨著(zhù)時(shí)間的推移，神經(jīng)系統可以適應這種持續性刺激，其效果也會(huì )逐漸消失。InBrain公司計劃利用表面設備監測與運動(dòng)功能相關(guān)的生物標志物，僅在必要時(shí)啟動(dòng)穿透設備進(jìn)行精準刺激，以?xún)?yōu)化治療效果。 傳統上，金屬電極因其卓越的導電性而被廣泛應用于DBS及腦機接口領(lǐng)域，捕捉大腦活動(dòng)的電流信號，幫助癱瘓患者通過(guò)思維控制數字設備。然而，萊斯大學(xué)材料科學(xué)和納米工程助理教授克里斯蒂娜·特里吉德斯（Christina Tringides）指出，金屬電極存在很多缺點(diǎn)。 她說(shuō)，金屬電極的剛性與大腦的柔軟性之間存在明顯不匹配，前者堅硬而脆弱，而大腦則呈現柔軟的凝膠狀，“這就像把勺子插進(jìn)果凍里，或把刀插進(jìn)豆腐中”。 大腦隨著(zhù)每次呼吸而跳動(dòng)，但金屬電極仍留在原地。這種不匹配意味著(zhù)當大腦在顱骨內移動(dòng)時(shí)，電極會(huì )引起炎癥或留下疤痕。隨著(zhù)時(shí)間的推移，這些問(wèn)題會(huì )阻礙電極接收神經(jīng)信號的能力。此外，金屬在大腦的水環(huán)境中也會(huì )氧化，這會(huì )導致它們隨著(zhù)時(shí)間的推移而降解。 在理想情況下，植入大腦的電極應能長(cháng)期穩定運行，以盡量減少患者因重復手術(shù)而承受的痛苦與風(fēng)險。特里吉德斯說(shuō)，這正是推動(dòng)使用新材料（如石墨烯）的原因之一。石墨烯作為一種優(yōu)良的導體，不僅導電性能優(yōu)異，而且具有抗氧化特性。 阿吉拉爾表示，InBrain的設備相比當前的DBS系統，能夠向大腦注入高達200倍的電荷。此外，該公司的表面陣列還集成了12個(gè)刺激電極，由8400個(gè)石墨烯微島構成，能夠在不開(kāi)啟刺激功能的情況下進(jìn)行初步的人體研究，為后續的臨床應用打好基礎。 展望未來(lái)，InBrain計劃在其商業(yè)版本中集成近100個(gè)電極，并正在研發(fā)一款擁有1024個(gè)電極的設備。電極數量的增加將顯著(zhù)提升大腦數據的記錄量，而石墨烯點(diǎn)的小巧尺寸則確保了刺激的極高精確度。這種高精度刺激在治療中風(fēng)、癲癇等神經(jīng)系統疾病方面具有廣闊的應用前景。 然而，在正式投入臨床應用之前，InBrain必須首先通過(guò)嚴格的安全性研究。阿吉拉爾稱(chēng)：“這是石墨烯首次被植入人類(lèi)大腦，所以我們希望能有一個(gè)好的結果�！� |
