湖南
想象一下，未來治療癲癇、帕金森病甚至抑郁癥，不再需要開顱植入笨重的電極和導(dǎo)線，而只需注射一粒比鹽還小的微型芯片——它能無線監(jiān)測大腦活動(dòng)，精準(zhǔn)釋放電脈沖，并在完成任務(wù)后安全降解。這聽起來像科幻小說，但美國加州理工學(xué)院的工程師們剛剛把它變成了現(xiàn)實(shí)。2026年1月，他們宣布成功研制出全球最小的無線腦機(jī)接口設(shè)備，體積僅0.1立方毫米，比一粒食鹽還要小，卻集成了電源、傳感器、信號處理器和通信模塊，相關(guān)成果發(fā)表于《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》，被譽(yù)為“神經(jīng)工程領(lǐng)域的里程碑”。
傳統(tǒng)腦深部刺激（DBS）設(shè)備通常需要外科手術(shù)將電極插入大腦特定區(qū)域，再通過皮下導(dǎo)線連接到胸口的電池盒。整個(gè)系統(tǒng)不僅創(chuàng)傷大、感染風(fēng)險(xiǎn)高，而且電池壽命有限，幾年后需再次手術(shù)更換。更關(guān)鍵的是，這些設(shè)備體積龐大，無法同時(shí)在多個(gè)腦區(qū)部署，限制了對復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究和治療。而加州理工團(tuán)隊(duì)的新發(fā)明徹底顛覆了這一范式：他們把整個(gè)系統(tǒng)做成了一個(gè)獨(dú)立的“神經(jīng)塵”（Neural Dust）——無需導(dǎo)線，無需體內(nèi)電池，靠外部超聲波供能和通信。
這個(gè)微型植入體的核心是一塊定制芯片，上面集成了壓電材料制成的超聲換能器。當(dāng)體外發(fā)射的超聲波穿透顱骨到達(dá)芯片時(shí)，壓電材料會(huì)將其轉(zhuǎn)化為微弱電流，為芯片供電；同時(shí)，芯片還能通過改變自身反射超聲波的方式，將記錄到的神經(jīng)電信號編碼后“傳回”體外接收器。整個(gè)過程完全無線、無電池、低功耗，且超聲波對人體組織幾乎無害。
研究人員在活體小鼠實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了其性能。他們將多個(gè)“神經(jīng)塵”植入小鼠不同腦區(qū)，成功記錄到單個(gè)神經(jīng)元放電的毫秒級信號，并能實(shí)時(shí)分辨動(dòng)物是在睡眠、清醒還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。更令人驚嘆的是，該設(shè)備還能反向工作——接收指令后釋放微安級電流，精準(zhǔn)激活特定神經(jīng)回路，從而調(diào)控小鼠行為。這意味著它不僅是“監(jiān)聽器”，更是“對話者”。
之所以能做到如此微小，得益于三大創(chuàng)新：一是用超聲替代電磁波通信（電磁波在體內(nèi)衰減快，需更大天線）；二是采用新型低功耗電路設(shè)計(jì)，待機(jī)電流僅幾納安；三是將所有功能集成在單片硅基芯片上，避免分立元件拼接。整個(gè)裝置長寬高均小于0.5毫米，重量不到0.1毫克，理論上可通過細(xì)針注射或微創(chuàng)穿刺植入，極大降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
這項(xiàng)技術(shù)的潛在應(yīng)用極為廣闊。對癲癇患者，可在發(fā)作前兆出現(xiàn)時(shí)自動(dòng)干預(yù)，阻止病情惡化；對癱瘓人士，可作為高密度腦機(jī)接口，解碼運(yùn)動(dòng)意圖控制機(jī)械臂；對精神疾病研究者，能長期追蹤情緒相關(guān)腦區(qū)的動(dòng)態(tài)變化，揭示抑郁癥或焦慮癥的神經(jīng)機(jī)制。未來甚至可開發(fā)可降解版本，在完成數(shù)周治療后自行溶解，無需二次取出。
當(dāng)然，從老鼠到人類還有很長的路要走。人體顱骨更厚，腦組織更深，信號衰減更強(qiáng)。但研究團(tuán)隊(duì)已開始測試?yán)迕准壌┩干疃鹊脑蜋C(jī)，并與神經(jīng)外科醫(yī)生合作設(shè)計(jì)臨床路徑。項(xiàng)目首席科學(xué)家阿扎爾·法塔赫扎德教授表示：“我們的目標(biāo)不是取代現(xiàn)有設(shè)備，而是提供一種更精細(xì)、更靈活、更少侵入的新工具。”
更重要的是，這種“分布式神經(jīng)傳感”理念可能重塑整個(gè)腦科學(xué)。過去我們只能在少數(shù)點(diǎn)位“采樣”，現(xiàn)在有望在數(shù)十甚至上百個(gè)位置同時(shí)“直播”大腦活動(dòng)，就像從收音機(jī)升級到全景4K視頻。這將極大加速對意識(shí)、記憶、決策等高級認(rèn)知功能的理解。
一粒鹽大小的芯片，承載著解讀人類最復(fù)雜器官的雄心。它不喧嘩，卻可能悄然改變百萬患者的命運(yùn)——讓治療更精準(zhǔn)，讓探索更深入，也讓科技真正融入生命，而不只是侵入它。
參考資料：“A subnanolitre tetherless optoelectronic microsystem for chronic neural recording in awake mice” by Sunwoo Lee, Shahaboddin Ghajari, Sanaz Sadeghi, Yumin Zheng, Hind Zahr, Alejandro J. Cortese, Wenchao Gu, Kibaek Choe, Aaron Mok, Melanie Wallace, Rui Jiao, Chunyan Wu, Jesse C. Werth, Weiru Fan, Praneeth Mogalipuvvu, Ju Uhn Park, ong Zhao, Conrad Smart, Thomas A. Cleland, Melissa R. Warden, Jan Lammerding, Tianyu Wang, Jesse H. Goldberg, Paul L. McEuen, Chris Xu and Alyosha C. Molnar, 3 November 2025, Nature Electronics.
DOI: 10.1038/s41928-025-01484-1
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