超薄石墨烯大腦植入物首次在真人身上測試

9月27日消息，英國曼徹斯特大學與西班牙InBrain Neuroelectronics公司合作，首次在人類大腦皮層中測試了石墨烯製成的腦機接口植入物。該技術旨在收集並解碼大腦信號，探索其在腦部疾病治療中的潛力。石墨烯因其超薄且堅固的特性，被譽爲“神奇材料”，此次突破性應用標誌着腦機接口技術向前邁出了重要一步。

以下爲翻譯全文：

2004年，英國曼徹斯特大學的安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃塞洛夫（Konstantin Novoselov）首次成功分離出石墨烯，取得了重大突破。石墨烯是由單層原子構成的平面碳材料，也是已知最薄且最堅固的材料之一。因其獨特性質，它被譽爲“神奇材料”，並幫助海姆和諾沃塞洛夫贏得了2010年的諾貝爾物理學獎。

在隨後的20年間，石墨烯已成功應用於電池、傳感器、半導體、空調甚至耳機等多個領域。目前，這項技術正在用於人類大腦的研究中。

當地時間週四，曼徹斯特大學的一組外科醫生在一名患者的大腦皮層（即大腦最外層）短暫植入了一種薄如膠帶的石墨烯裝置。這項技術由西班牙InBrain Neuroelectronics公司研發，是一種腦機接口設備，用於收集並解碼大腦信號。目前，包括埃隆·馬斯克（Elon Musk）旗下Neuralink在內的多家公司均在開發此類腦機接口，而InBrain也是其中的重要參與者之一。

InBrain的聯合創始人兼首席執行官卡羅萊納·阿吉拉爾（Carolina Aguilar）表示：“我們的目標是推出一款能夠進行大腦解碼和大腦測繪的商業產品，並可用於治療多種疾病。”

大腦測繪是一項旨在輔助規劃腦部手術的技術。例如，在切除腦腫瘤時，外科醫生會在患者的大腦上放置電極，以確定大腦中控制運動和語言功能的位置，從而確保在不影響患者運動或語言能力的情況下安全切除腫瘤。

在最新的一次手術中，InBrain的石墨烯腦機接口設備在患者大腦上成功運行了79分鐘。此前，該患者已接受過腦部腫瘤切除手術，並同意參與實驗。在此期間，研究人員觀察到InBrain設備能夠以微米級精度區分健康與癌變的腦組織。

曼徹斯特大學是InBrain首次人體試驗的基地，該研究將在多達10名因其他原因已經接受過腦部手術的患者身上測試石墨烯裝置。這項研究得到了歐盟石墨烯旗艦項目（Graphene Flagship）的大力支持，該項目旨在驗證石墨烯與人類大腦直接接觸的安全性。

執行這臺手術的神經外科醫生大衛·庫普（David Coope）對InBrain裝置給予高度評價，指出其相比傳統電極具有更高的靈活性，能夠更好地貼合大腦表面。他說：“從外科的角度來看，這意味着我們可能會把它放在傳統電極難以觸及的區域。用於大腦測繪的傳統電極多爲鑲嵌在硅中的鉑銥盤，較爲堅硬。”

相比之下，InBrain設備是一個位於大腦表層的透明薄片，只有人類頭髮的一半粗細，包含48個微小的解碼用石墨烯電極，每個電極只有25微米。

此外，InBrain公司還在研發一種能夠穿透腦組織的植入物，旨在提供更爲精確的電刺激。這種設備可以單獨用於大腦測繪，但阿吉拉爾透露，該公司正計劃將這兩種設備結合，以期在治療帕金森病等神經系統疾病方面取得突破。

目前，腦深部電刺激術（DBS）作爲一種成熟的治療方法，已廣泛應用於帕金森症、癲癇等疾病的治療中。通過向腦組織插入針狀金屬電極並輸送電流，以干擾大腦中引起震顫和其他運動症狀的不規則信號。

目前，無論患者是否出現症狀，大多數DBS系統都會持續刺激。但隨着時間的推移，神經系統可以適應這種持續性刺激，其效果也會逐漸消失。InBrain公司計劃利用表面設備監測與運動功能相關的生物標誌物，僅在必要時啓動穿透設備進行精準刺激，以優化治療效果。

傳統上，金屬電極因其卓越的導電性而被廣泛應用於DBS及腦機接口領域，捕捉大腦活動的電流信號，幫助癱瘓患者通過思維控制數字設備。然而，萊斯大學材料科學和納米工程助理教授克里斯蒂娜·特里吉德斯（Christina Tringides）指出，金屬電極存在很多缺點。

她說，金屬電極的剛性與大腦的柔軟性之間存在明顯不匹配，前者堅硬而脆弱，而大腦則呈現柔軟的凝膠狀，“這就像把勺子插進果凍裡，或把刀插進豆腐中”。

大腦隨着每次呼吸而跳動，但金屬電極仍留在原地。這種不匹配意味着當大腦在顱骨內移動時，電極會引起炎症或留下疤痕。隨着時間的推移，這些問題會阻礙電極接收神經信號的能力。此外，金屬在大腦的水環境中也會氧化，這會導致它們隨着時間的推移而降解。

在理想情況下，植入大腦的電極應能長期穩定運行，以儘量減少患者因重複手術而承受的痛苦與風險。特里吉德斯說，這正是推動使用新材料（如石墨烯）的原因之一。石墨烯作爲一種優良的導體，不僅導電性能優異，而且具有抗氧化特性。

阿吉拉爾表示，InBrain的設備相比當前的DBS系統，能夠向大腦注入高達200倍的電荷。此外，該公司的表面陣列還集成了12個刺激電極，由8400個石墨烯微島構成，能夠在不開啓刺激功能的情況下進行初步的人體研究，爲後續的臨牀應用打好基礎。

展望未來，InBrain計劃在其商業版本中集成近100個電極，並正在研發一款擁有1024個電極的設備。電極數量的增加將顯著提升大腦數據的記錄量，而石墨烯點的小巧尺寸則確保了刺激的極高精確度。這種高精度刺激在治療中風、癲癇等神經系統疾病方面具有廣闊的應用前景。

然而，在正式投入臨牀應用之前，InBrain必須首先通過嚴格的安全性研究。阿吉拉爾稱：“這是石墨烯首次被植入人類大腦，所以我們希望能有一個好的結果。”（小小）