传统的金属电极技术(左上)是不透明的，阻碍了对底层神经组织的观察。DARPA的RE-NET项目已经开发出了新型石墨烯传感器，这种传感器是导电的，但厚度只有4个原子——比目前的触点薄数百倍(上、中)。它们极薄的厚度使得几乎所有的光都能穿过波长范围很宽的光线。传感器安装在符合组织形状的柔性塑料衬垫上(底部)，是概念验证工具的一部分，该工具展示了更小、透明的接触，可以同时使用电学和光学方法测量和刺激神经组织(右上)。天富注册链接

 

新纳米技术由DARPA的RE-NET项目资助，由威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员开发，能够同时使用光学和电子方法监测和刺激神经元。

 

了解大脑的解剖结构和功能是神经科学的一个长期目标，也是奥巴马总统的大脑计划的首要任务。神经信号的电监测和刺激是研究大脑功能的主要技术，而新兴的光学技术——使用光子而不是电子——为可视化神经网络结构和探索大脑功能开辟了新的机会。电学和光学技术提供了独特而互补的优势，如果结合使用，可以为研究高分辨率的大脑带来深远的好处。然而，将这些技术结合起来是具有挑战性的，因为传统的金属电极技术太厚(>500纳米)，无法对光透明，这使得它们与许多光学方法不兼容。天富注册链接

 

为了帮助克服这些挑战，美国国防部高级研究计划局(DARPA)发明了一种概念验证工具，它展示了更小、更透明的触点，可以同时使用电学和光学方法测量和刺激神经组织。威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员在DARPA可靠神经接口技术(RE-NET)的支持下开发了这项新技术。《自然通讯》上的一篇论文对此进行了详细描述。

 

DARPA项目经理Doug Weber说:“这项技术展示了可视化和量化大脑神经网络活动的潜在突破能力。”“通过对神经网络解剖结构的直接可视化和调节，能够同时大规模、快速地测量脑电活动，这将为了解大脑结构和功能之间的关系提供前所未有的洞见——更重要的是，这些关系是如何随着时间的推移演变或受到损伤或疾病的影响的。”

 

新设备使用石墨烯，一种最近发现的碳的形式，在符合组织形状的柔性塑料衬底上。石墨烯传感器是导电的，但只有4个原子厚——不到1纳米，比目前的接触薄数百倍。其极薄的厚度使得几乎所有的光都能穿过波长范围很宽的光线。此外，石墨烯对生物系统是无毒的，这是对以往研究透明电触点的一个改进，后者要厚得多、坚硬得多、难以制造且依赖于潜在有毒的金属合金。

 

这项技术的演示利用了三个前沿研究领域:石墨烯，它为研究人员赢得了2010年诺贝尔物理学奖;超分辨荧光显微镜技术为研究人员赢得了2014年诺贝尔化学奖;以及光遗传学，它涉及到对细胞进行基因修饰，以产生特定的光反应蛋白。

 

renet试图开发新的工具和技术来理解和克服神经接口的失效机制。美国国防部高级研究计划局(DARPA)有兴趣发展下一代神经技术，以揭示神经网络结构和功能之间的关系。renet和DARPA在这一领域的后续项目计划利用这一新工具，同时测量自由运动受试者的功能、物理运动和神经元行为。这项技术提供了调节神经功能的能力，通过应用程序化的电脉冲或光脉冲暂时激活神经元。因此，它不仅可以更好地观察大脑的固有功能，而且通过仔细调节回路的活动，可以探索神经信号和大脑功能之间的因果关系。

 

韦伯说:“历史上，研究人员一直局限于相关研究，但没有证明神经活动和行为之间存在因果关系。”“现在，我们有机会直接看到、测量和刺激神经回路，以探索这些关系，并开发和验证大脑回路功能的模型。这一知识可以极大地帮助我们理解和治疗脑损伤和疾病。”