大脑的智能端口

卡内基梅隆大学的Maysam Chamanzar和华盛顿大学的Azadeh Yazdan获得了美国国立卫生研究院(NIH) R01拨款，用于创建一个硬脑膜智能端口，该端口将允许使用光学和光学技术直接访问大脑电刺激，以及录音。查曼扎是电子和计算机工程的助理教授生物医学工程打开新窗口，描述智能硬脑膜植入物作为“进入大脑的通用端口”。

该装置是目前人工硬脑膜的继承者，人工硬脑膜是一种替代大脑周围结缔组织(硬脑膜)的小端口，为器官提供通路。人工硬脑膜可以在短时间内被移除，以放置电极，以便进行刺激和记录，但并非没有感染或硬脑膜组织再生的风险，这可能会阻碍端口。为了防止这种情况，该团队的智能硬脑膜将利用生物相容性材料光和电记录和刺激功能永久集成到端口本身。这将减少硬脑膜重新长出来的风险，以及定期暴露硬脑膜下脑组织的需要。

神经工程助理教授Yazdan说:“智能硬脑膜允许高密度记录和来自大皮质区域的刺激，允许前所未有的大规模电路分析。”“此外，智能硬脑膜可以保持稳定多年，使我们能够研究神经回路，并在与人类相关的时间框架内开发治疗方法。”

该设计基于一种生物相容性聚合物折叠成一个精确的3D结构奈米制造Chamanzar开发的技术。该团队的目标之一是使其透明，以便在安装智能硬脑膜的同时，对大脑本身进行直接的视觉观察，以成像神经活动或底层脉管系统中的血液流动。

具有光学和电气的传感器永久植入硬脑膜可以帮助监测和治疗诸如癫痫脑瘤，甚至精神疾病．这可能会为这类神经系统疾病带来新的治疗途径，尤其是与现代治疗相结合机器学习和人工智能技术。

对于遭受永久性脑损伤或损伤的个人，人工智能将使植入物能够积极监测大脑活动，并根据需要提供刺激，以恢复其原始功能。例如，对因中风而受损的组织进行选择性刺激，可以帮助大脑重新连接，恢复失去的功能。类似地，在癫痫患者体内植入智能硬脑膜可能能够感知癫痫发作，并启动一种刺激模式，以阻止癫痫发作。

穿透脑组织的神经植入物正迅速成为创新的主要焦点;然而，大脑微妙的复杂性意味着这一区域在被批准广泛用于人类方面存在许多障碍。学术界和工业界最近的努力很有希望，但往往低估了试图在大脑内部植入电线所带来的风险和障碍。

“我们的智能硬脑膜设计中嵌入了一些功能元素，用于闭环电和光记录以及来自大脑表面的刺激。因此，对于从脑机接口到设计新疗法的一系列应用，它可能是长期与大脑交互的可行解决方案。”“刺激模式可以根据本地记录或行为读出的反馈进行自适应调整。”

在创造一种侵入性更小的植入物时，Chamanzar和Yazdan将设计一种有效且侵入性最小的智能硬脑膜，它可以通过颅骨植入，与大脑表面相互作用，而不会穿透和干扰其敏感组织。这个由美国国家卫生研究院资助的五年项目将使智能硬脑膜成为现实，并利用人工智能为那些遭受神经障碍或精神疾病影响的人提供潜在的重大帮助。

Chamanzar总结道:“就临床意义而言，我认为与穿透性电极相比，智能硬脑膜更接近于被批准用于人类，尤其是用于模式电刺激和记录。”