芯片大脑技术

芯片大脑技术brain on a chip

所谓“芯片大脑”技术在本质上说是研究人员将半导体晶圆用纳米导线打造的网络。当脑细胞被引入芯片后，他们可以使用纳米线作为支架来构建功能性神经元回路，模拟大脑中神经元的相互连接。一旦构建模拟的脑回路，研究人员不仅可以观察到神经连通性，还可以研究疾病和创伤对其造成的影响。
2017年1月，哈佛大学的研究人员率先在研究中使用了这种“芯片大脑”设备。这种芯片设备能够使研究人员根据大脑中神经元位置的不同以及不同神经元之间的连接方式来识别神经元之间的差异性，特别是对精神分裂症等疾病在神经学基础层面进行研究分析。澳大利亚国立大学的研究人员后来改进了纳米导线的架构，开发出有史以来第一个能够运行的神经元电路。而劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员已经开发出“芯片大脑”技术的新用途：测试生物和化学制剂随着时间的推移对大脑的影响。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室团队所使用的“芯片大脑”设备定制了特定的插入件，使得它们能够对大脑的不同区域进行建模，根据需要以研究相应区域的互连性。这也让研究人员可以将多个不同类型的神经元细胞都放置在比以往任何时候都小得多的区域，从而在“宏观世界到微观世界”之间实现轻松转换。通过这种设备，研究团队能够监控脑细胞在交流时所发生的爆发（称为“动作电位模式”），并让他们了解这种相互联系随着时间的推移如何发生变化，特别是当大脑暴露于如化学试剂等情况下会如何反应，如用它“可以模拟某人在战场上短暂暴露于化学制剂，然后在六个月内观察相应神经元会发生何种变化”等。