當人們談論“腦機接口”時,通常想到的是用意念控制機械(http://www.weberwork.com/sell/l_4/)臂或打字。然而,一項由中國科學家完成的突破性研究,正將這項前沿技術從大腦延伸至全身的“生命管道”——血管。
近日,中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所聯(lián)合團隊在《自然-通訊(http://www.weberwork.com/sell/l_25/)》(Nature Communications)發(fā)表重要成果:他們創(chuàng)新性地將雙向閉環(huán)柔性腦機接口技術應用于血管外科,為治療“血管失功”這一臨床難題提供了全新的智能診療策略。
這項技術不僅能讓醫(yī)生“聽懂”血管的電信號,還能實時干預、修復其功能,堪稱給血管裝上了“智能起搏器”。
技術突破:像“創(chuàng)可貼”一樣貼合血管的柔性神經(jīng)接口
傳統(tǒng)剛性電極難以適應柔軟跳動的血管表面,易滑脫、損傷組織,且信號質量差。為此,研究團隊融合半導體微納制造工藝與天然生物材料,研制出一種革命性的柔性血管神經(jīng)接口:
材料創(chuàng)新:以絲素蛋白(Silk Fibroin)為基礎,這種從蠶絲中提取的材料不僅生物相容性極佳,還能在體內自然降解;
功能設計:經(jīng)過功能化處理后,該材料具備自粘附特性,無需縫合即可緊密貼合濕潤、動態(tài)的血管曲面;
結構優(yōu)勢:器件整體超薄、柔韌,能像“電子(http://www.weberwork.com/sell/l_23/)皮膚”一樣與血管實現(xiàn)三維共形貼附,即使在血液流動的復雜環(huán)境中也保持穩(wěn)定。
更關鍵的是,它能與環(huán)繞血管的交感神經(jīng)網(wǎng)絡精準耦合,實現(xiàn)對血管舒縮調控信號的高保真采集。
雙向閉環(huán):從“監(jiān)測”到“干預”的智能系統(tǒng)
這不僅僅是一個“監(jiān)聽器”,而是一個感知-決策-反饋的閉環(huán)系統(tǒng):
實時監(jiān)測:接口可連續(xù)記錄血管壁周圍交感神經(jīng)的電活動,精準分辨血管處于收縮、舒張或異常痙攣狀態(tài);
動態(tài)預警:當檢測到血管調節(jié)功能異常(如持續(xù)收縮導致血流受阻),系統(tǒng)立即發(fā)出警報;
精準干預:自動啟動低強度電刺激,調節(jié)神經(jīng)活性,幫助血管恢復正常的舒縮節(jié)律。
研究人員特別針對金屬支架植入術后的常見并發(fā)癥——“血管失功”(即支架段血管失去自主調節(jié)能力,易再狹窄)進行了驗證。結果表明,該接口能有效恢復支架區(qū)域的血管功能,防止因神經(jīng)調控紊亂導致的二次閉塞。
臨床驗證:對標“金標準”,療效看得見
為了科學評估干預效果,研究團隊并未僅依賴電信號,而是采用臨床金標準——血管超聲,測量動脈硬度、血流速度等參數(shù)。結果顯示:
接受電刺激干預的血管,其彈性顯著改善,血流阻力降低;
異常的交感神經(jīng)過度興奮得到有效抑制;
血管自主調節(jié)能力逐步恢復。
這為該技術的未來臨床轉化提供了堅實證據(jù)。
意義深遠:開啟“器官級腦機接口”新紀元
這項研究的意義遠超單一疾病治療:
它首次將腦機接口從中樞神經(jīng)系統(tǒng)拓展到外周血管系統(tǒng),提出“器官神經(jīng)接口”新范式;
實現(xiàn)了從“讀取信號”到“閉環(huán)調控”的跨越,是智能精準醫(yī)療的典范;
絲素蛋白+微納制造的模式,也為其他軟組織(如心臟、腸道、膀胱)的智能接口開發(fā)提供了可復制的技術路徑。
目前,該研究已獲得國家自然科學基金委、中國科學院、上海市等多項重點支持,正加速推進動物模型向臨床試驗的轉化。