但是，目前設(shè)計(jì)一種能夠進(jìn)行這種干預(yù)的完全可植入和生物兼容的設(shè)備的方法有很大的局限性：它們的分辨率不夠高，而且大多數(shù)需要大型、笨重的部件，使植入變得困難，有并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。

由電子工程助理教授Dion Khodagholy領(lǐng)導(dǎo)的哥倫比亞工程團(tuán)隊(duì)提出了一種新方法，顯示出改進(jìn)此類設(shè)備的巨大前景。在他們?cè)缙陂_發(fā)更小、更有效的順應(yīng)性生物電子晶體管和材料的工作基礎(chǔ)上，研究人員協(xié)調(diào)他們的設(shè)備，創(chuàng)造出高性能的植入式電路，允許讀取和操縱大腦電路。他們的多路復(fù)用-放大（MTA）系統(tǒng)只需要每個(gè)復(fù)用器一個(gè)放大器，而目前的方法則需要與通道數(shù)量相等的放大器。

生物和神經(jīng)電子學(xué)設(shè)計(jì)的領(lǐng)導(dǎo)者Khodagholy說：“能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)和干預(yù)治療與大腦失調(diào)有關(guān)的癥狀，如癲癇發(fā)作，是至關(guān)重要的。我們的系統(tǒng)不僅比目前的設(shè)備小得多，而且更靈活，它還能在多個(gè)獨(dú)立通道上同時(shí)刺激任意波形，所以它的用途更廣。”

Khodagholy與哥倫比亞大學(xué)歐文醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)學(xué)系和基因組醫(yī)學(xué)研究所的Jennifer N. Gelinas合作進(jìn)行了這項(xiàng)研究，該研究于5月10日發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）上。Gelinas是一位神經(jīng)科學(xué)家和小兒癲癇專家，她的研究重點(diǎn)是了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在癲癇中如何變得不正常，并設(shè)計(jì)方法來糾正這種功能障礙。

為了記錄、檢測(cè)和定位癲癇放電，科學(xué)家必須以高時(shí)間分辨率記錄多個(gè)地點(diǎn)的大腦活動(dòng)。這需要一個(gè)高采樣率的多通道采集和刺激設(shè)備和電路。傳統(tǒng)的電路需要與通道數(shù)量相等的放大電路，然后才能利用多路復(fù)用將這些信號(hào)組合成數(shù)據(jù)流。這使電路的尺寸隨著通道數(shù)量的增加而線性增加。

Khodagholy從與Gelinas等神經(jīng)學(xué)家的合作中了解到，非常需要一個(gè)能夠記錄、處理和刺激大腦活動(dòng)的一體化、完全可植入的系統(tǒng)--這樣的系統(tǒng)將使研究人員能夠設(shè)計(jì)個(gè)性化的療法。為了記錄大腦活動(dòng)，他需要多通道放大器，但現(xiàn)有的選擇太大，不方便。當(dāng)研究小組繼續(xù)使他們的電極更加有效，通過使用導(dǎo)電聚合物降低阻抗時(shí)，他們突然想，如果他們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)中利用電極的改進(jìn)，將多路復(fù)用器放在放大器前面，而不是后面，會(huì)發(fā)生什么。

帶著這個(gè)新想法，研究小組建造了MTA設(shè)備，然后通過開發(fā)一個(gè)完全可植入的、反應(yīng)靈敏的嵌入式系統(tǒng)來證實(shí)其功能，該系統(tǒng)可以使用可適應(yīng)的導(dǎo)電聚合物電極實(shí)時(shí)獲取單個(gè)神經(jīng)動(dòng)作電位。它可以通過低延遲的任意波形刺激和本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)--所有這些都是在一個(gè)小型化（大約四分之一大?。┑奈锢碜阚E內(nèi)完成的。

電氣工程系博士后、該研究的第一作者趙子芳說：“關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是在多路復(fù)用操作期間創(chuàng)建一個(gè)電荷排放路徑，以消除任何不必要的電荷積累。”

在哥倫比亞大學(xué)納米研究所制造的MTA設(shè)備，使該團(tuán)隊(duì)能夠開發(fā)出一種新穎的閉環(huán)協(xié)議，在癲癇網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)抑制海馬體和大腦皮層之間的病理耦合。這種類型的方法可以幫助解決經(jīng)常伴隨癲癇的記憶問題。

Gelinas說：“這些設(shè)備將允許把有針對(duì)性的高時(shí)空分辨率響應(yīng)性神經(jīng)刺激方法應(yīng)用于各種大腦功能，大大拓寬了我們長(zhǎng)期修改神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和治療神經(jīng)精神疾病的能力。”該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在將他們的系統(tǒng)與各種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整合，目的是改善神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能和認(rèn)知技能。