神经修复术——含有多接触电极的植入物，可以替代某些神经功能——有创造奇迹的潜力。它们或许能够恢复截肢者的触觉，通过刺激他们的脊髓，帮助瘫痪者再次行走，并抑制慢性疼痛患者的神经活动。在正确的地方和正确的时间刺激神经是实施有效治疗的关键，但由于植入物无法精确记录神经活动，这仍然是一个挑战。“我们的大脑发送和接收数以百万计的神经脉冲，但我们通常只在患者体内植入大约12个电极。这种类型的接口通常没有必要的分辨率来匹配患者神经系统中复杂的信息交换模式，”桑德拉·格里比说，她是贝尔塔雷利基金会神经假肢技术主席的博士生。
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复制并改进神经修复术的工作原理
该实验室的科学家们由Stéphanie Lacour博士领导，他是EPFL工程学院的教授，已经开发了一种芯片上的神经平台，可以刺激和记录移植的神经纤维，就像植入的神经假肢一样。他们的平台包括嵌入电极的微通道和移植的神经纤维，可以忠实地复制体内组织的结构、成熟度和功能。
科学家们在大鼠脊髓移植的神经纤维上测试了他们的平台，尝试了各种刺激和抑制神经活动的策略。“体外实验通常是在培养皿中进行神经元培养。但这些培养并不能复制神经元的多样性，比如你在体内能发现的不同类型和直径的神经元。这样一来，神经细胞的性质就改变了。更重要的是，一些科学家使用的细胞外微电极阵列通常不能记录单个神经细胞在培养环境中的所有活动，”格里比说。
EPFL开发的神经芯片平台可以在2天内在无尘室中制造出来，能够快速记录数百种神经反应，并且具有较高的信噪比。然而，真正让它与众不同的是它可以记录单个神经细胞的活动。
科学家们利用他们的平台测试了一种抑制神经活动的光热方法。拉库尔说:“神经抑制可能是一种治疗慢性疼痛的方法，比如手臂或腿被截肢后出现的幻肢疼痛，或神经性疼痛。”
科学家们在芯片的一些电极上沉积了一种名为P3HT:PCBM的光热半导体聚合物。“这种聚合物在光照下会升温。由于电极的敏感性，我们能够测量不同移植的神经纤维之间的活动差异。更具体地说，最细的纤维的活动主要被阻断了，”格里比说。正是这些细纤维是伤害感受器——引起疼痛的感觉神经元。下一步将在植入神经周围的植入物中使用这种聚合物来研究体内抑制作用。
科学家们还利用他们的平台改进了记录电极的几何形状和位置，以便开发一种可以再生周围神经的植入物。通过稳健的算法运行测量到的神经数据，他们将能够计算出神经脉冲传播的速度和方向，从而确定给定的脉冲是来自感觉神经还是运动神经。拉库尔说:“这将使工程师能够开发双向、选择性的植入物，从而更自然地控制假肢，如假肢。”
