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新发现:石墨烯传感器 透视大脑神经网络?

导读: 美国防部先进项目研究局(DARPA)与威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员共同研发出一项人脑研究技术,可探究人脑神经结构与功能的联系。该技术用石墨烯做传感器,厚度仅相当于4个原子,首次可兼容光学和电学手段同时观测。

  美国防部先进项目研究局(DARPA)与威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员共同研发出一项人脑研究技术,可探究人脑神经结构与功能的联系。该技术用石墨烯做传感器,厚度仅相当于4个原子,首次可兼容光学和电学手段同时观测。

  “这一技术表明,在对脑部神经网络活动进行可视化和量化处理方面,我们或许会有重大突破。”DARPA项目主管多哥·韦伯说。

  据报道,这一新设备利用石墨烯做传感器,可以导电,但厚度不到一纳米,并且比现在的金属触点细了几百倍。这么细的材料可以让大部分波段的几乎所有光通过,从而使光学和电学手段在这里相互兼容。此外,石墨烯对生物系统无毒害,比之前的试验材料进步了许多。

  石墨烯获2010年诺贝尔物理学奖,超分辨荧光显微镜摘得了2014年化学奖。目前,脑功能研究的技术支柱是神经元信号电子监控与模拟,而新兴的光学技术利用光子进行研究,从而为神经网络结构的可视化以及脑结构开发开辟了新路。电子技术和光学技术相互区别同时优势互补,如果一起利用,将可能有利于进行高分辨率脑部研究。在此次研究之前,这些技术的融合并非易事,因为传统的金属电极太厚,往往大于500纳米,所以难以透光,进而与许多光学技术不兼容。

  透析脑部的解剖结构与功能一直是神经科学领域所追求的目标,同时也是奥巴马政府“人脑计划”研究项目的重中之重。DARPA希望下一代神经科学技术可以反映出神经网结构和功能的关系。科研人员希望提升这一新研发工具的性能,从而可以同时测量任意移动目标的神经元功能、动态和行为。

  韦伯说:“现在,我们有机会直接一探究竟,去观察、测量和模拟神经回路,从而探索这些联系,并确认大脑回路的功能。这一发现能帮助我们有效了解和治愈脑部创伤与疾病。”

  40多年来,该机构从互联网、全球定位系统、隐身战机、激光武器到当前炙手可热的X-37B空天飞机,几乎涉及了从基础研究到高端应用的所有领域,引领着美国乃至世界军民高技术研发的潮流,是美国科技竞争力的保证。因此,本项技术不光为人脑研究提供了“既看得见又测得准”的新方法,有望推动人工智能研究和人机物理接口开发,同时还是研究美国高科技布局并寻找弯道超车途径的一个典型案例。

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