可与大脑直接交流的“电子皮肤”问世了!

过去,对皮肤组织的不可修复性损坏,植皮几乎是唯一选择。多年来世界各地的研究人员也在尝试研制各种“电子皮肤”,试图复制皮肤所拥有的诸多让人受益的属性,让电子皮肤越来越具备人类皮肤的各项功能。

美国斯坦福大学华裔科学家鲍哲南和其带领的团队在作出有关可感应触摸的“电子皮肤”的一系列研究和发明之后,近日他们又研发出可与大脑神经“交流”的电子皮肤。

这种电子皮肤拥有灵活的、可感知触摸的传感器,传感器还会产生电脉冲,当压力增强时产生的电脉冲也随之加快。


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在这之前,在电子皮肤领域已经出现使用塑料材料制成的、对触摸较为敏感的传感器,但来自传感器的信号不能直接被大脑“解读”,通常需要一个处理器或电脑来“翻译”触摸的信息。

“现在我们的传感器配置了一个打印的、简单的电子电路。该电路能够使得传感器产生电脉冲直接与大脑交流,”鲍哲南教授解释,“我们认为这是在假肢上用塑料材料作为人造皮肤迈出的第一步。”

鲍哲南教授和其团队已经在老鼠上成功试验,他们用这些脉冲驱动老鼠大脑中的一片神经元活动。为了表明这种脉冲信号能可靠地与神经系统“交流”,鲍哲南教授和研究团队将脉冲信号传递给一个蓝色LED,并将光照在一个老鼠的大脑切片上。

老鼠脑细胞的一个子集已经对这种光刺激作出了反应,当蓝色光子打到试验的老鼠大脑切片上时,其光敏感通道充满了带电荷的细胞。而当他们测量细胞的脉冲时,能看到可触摸传感器产生的电脉冲被如数读出。

这种基于光的技术被称为“光遗传学”,神经科学家们通常使用它做各种实验,包括在特定神经元集通过驱动刺激来控制记忆。鲍哲南教授及团队之所以选择这种技术是因为直接向神经细胞传递电流通常会引发问题。


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“电极由硬材质制成,它们往往会损伤神经细胞,”她说,“但使用这种技术,我们不需要直接接触神经元。”

在将来,干细胞技术可以为这种新的传感器产生一个光接口。另外,可能也会有更好的办法来直接传递电脉冲。

这种传感器计的核心是一层柔软的、橡胶状的聚合物,含有碳纳米管和小棱锥。当传感器被施以压力时,半导电层提供读出的压力。在这层聚合物之下还设有振荡器,它将可变电流变为脉冲串。随着压力越拉来越大,脉冲的速度也随之上升。

在鲍哲南看来,相比其他的人造皮肤的设计,这种可直接产生脉冲的塑料传感器将是未来修复医学发展的一个更具意义的选择。

在不远的将来,这种传感器也将被证明在可穿戴技术上的价值:它们薄且灵活,又非常具有弹性,人们可以在皮肤上装上这样一个传感器,它可以监测心跳、血压等生命体征。


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“通过运用这些灵活传感器的研发提升或创造医疗或消费类产品是一件振奋之事:可穿戴技术可越发微型,犹如人体皮肤一样,帮助运动员实现更高效的训练;病患通过穿戴这样的监视设备实现最大化的舒适度和最小化的人体干预;甚至,这种技术与手套结合,提升敏感度,实现高敏度工作更高精度的性能表现。而这种技术与假肢技术相结合,例如BiOM所研发的模仿复杂的身体运动的假肢,将帮助缩小假肢和原本四肢的性能差距。”IDC表示。

诚如麻省理工学院的媒体实验室生物群带头人,正受惠于假肢技术的Hugh Herr所说的:"我的假肢超越不朽 — — 它将随着时间的推移断得到提高。"

17 February 2016