赖斯工程师的探索可能有助于推进脊髓疾病和损伤的治疗

植入式技术显著提高了我们研究甚至调节大脑神经元活动的能力，但脊髓神经元的实际活动却更难研究。

“如果我们确切了解脊髓中的神经元如何处理感觉和控制运动，我们就可以开发出更好的脊髓疾病和损伤治疗方法，”研究科学家Yu Wu说道，他是莱斯大学神经工程师团队的一员，该团队致力于解决这一问题。

“我们开发了一种微型传感器 spinalNET，它可以记录受试者在不受任何限制的情况下进行正常活动时脊髓神经元的电活动，”Wu 说道，他是《Cell Reports》 上发表的有关该传感器的研究的主要作者。 “能够提取此类知识是开发治疗数百万脊髓疾病患者的治疗方法的第一步，也是重要的一步。”

研究表明，该传感器用于长时间高分辨率记录自由活动小鼠脊髓中的神经元活动，甚至可以连续数天追踪同一个神经元。

“到目前为止，脊髓或多或少还是一个黑匣子，”电气与计算机工程副教授、研究通讯作者Lan Luan说道。“问题在于，脊髓在正常活动中运动非常剧烈。每次转头或弯腰，脊髓神经元也在运动。”

在这样的运动过程中，植入脊髓的刚性传感器不可避免地会干扰甚至损坏脆弱的组织。然而，SpinalNET 比头发的宽度小 100 多倍，这使其极其柔软和灵活——几乎和神经组织本身一样柔软。

“这种灵活性使其具有我们所需的稳定性和生物相容性，可以安全地记录脊髓运动过程中的脊髓神经元，”电气与计算机工程和生物工程副教授、研究通讯作者Chong Xie说道。 “借助 spinalNET，我们能够从数百个神经元获取低噪声信号。”

脊髓在控制运动和其他重要功能方面发挥着关键作用，在不受约束的运动过程中以精细的空间和时间分辨率记录脊髓神经元的能力为了解实现这一目标的机制提供了一个窗口。利用 spinalNET，研究人员能够确定中枢模式发生器中的脊髓神经元(在没有特定时间信息的情况下可以产生有节奏的运动模式(例如行走)的神经回路)似乎涉及的不仅仅是有节奏的运动。

“其中一些与腿部运动密切相关，但令人惊讶的是，许多神经元与运动没有明显的相关性，”吴说。“这表明控制有节奏运动的脊髓回路比我们想象的要复杂。”

研究人员表示，他们希望在未来的研究中帮助解开其中的一些复杂性，解决诸如脊髓神经元处理反射运动(例如受到惊吓)与意志行为之间的差异等问题。

“除了科学见解之外，我们相信随着技术的发展，它作为脊髓神经系统疾病和损伤患者的医疗设备具有巨大潜力，”Luan 说道。

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