无线光学神经接口技术迈向脑机交互新纪元
美国西北大学的研究团队近期在神经生物学与生物电子学交叉领域取得重要进展，成功开发出一种通过光信号实现与大脑沟通的无线设备。这项技术为构建未来的无缆脑机接口奠定了关键基础。研究成果已于近日发表在《自然·神经科学》期刊。
该设备具备高度柔软与弹性，可植入头皮下方，紧贴头骨表面，借助骨骼传导精确调控的光信号，从而绕过人体原有的感官通路，直接作用于大脑皮层的特定神经元群。
这项创新技术是在该团队先前研发的首款无线、无电池、全植入式光遗传学系统基础上的进一步突破。新一代设备集成了由64个微型LED构成的阵列，每个LED的尺寸仅有单根发丝的粗细，且可通过无线编程控制，实现对大脑的复杂光信号输入。
多区域、可编程的光刺激设计，模拟了自然感觉输入时在大脑皮层中产生的分布式活动模式，使得传递的信息不再局限于简单的“开关”状态，而是呈现出更接近自然感知过程的复杂神经活动。
实验中，研究人员通过精确的光脉冲刺激小鼠大脑深处的特定神经元群，这些神经元经过基因修饰后对光敏感。结果显示，小鼠能够迅速学会将不同光信号模式解读为有效线索，即使在缺乏视觉、听觉或触觉输入的情况下，它们仍可基于这些人工信号做出决策，并准确执行如寻找奖励等任务。
“我们通过将微型LED阵列与无线供电和控制模块整合，开发出了一种能够实时编程、完全隐藏于皮肤之下，并不影响动物自然行为的新系统。”西北大学生物电子学领域的领军人物约翰·A·罗杰斯说道。
这项技术在医疗应用方面展现出巨大潜力，包括为义肢提供触觉反馈、为视觉或听觉假体引入人工输入信号、无药干预地调节疼痛感知，以及支持中风或创伤后的神经康复训练。目前，研究团队正致力于探索更复杂的光刺激模式，以及大脑对这些模式的学习能力边界。
技术前景与应用启示
- 为假肢用户恢复触觉提供全新解决方案
- 为视障人群模拟光感知，提升生活独立性
- 为听障人群构建人工听觉反馈系统
- 在神经调节领域实现非侵入性干预
- 拓展人机交互的边界，重塑人脑与外部世界的信息交换方式
这种无线设备无需电池和缆线，其运行方式类似于现代蓝牙耳机，轻盈便捷，具有高度隐蔽性。通过光信号直接与大脑交流，即使在外部感官受损的情况下，也能激活大脑特定区域。
随着这一光学神经接口技术的不断成熟，其在医学、神经工程和人机交互等领域的应用潜力将持续拓展。未来，人类与机器、人脑与外部环境之间的沟通方式，或将迎来一场根本性的变革。