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从超声波到电流：神经灰尘如何利用先进技术监控大脑活动？
在大脑科技的前沿，科学家们正在探索一个名为「神经灰尘」的创新概念。这些纳米级的设备不仅能够无线监测大脑活动，还能在医疗应用中发挥重要作用。这些微小的感测器可以在人体内的神经系统中嵌入上千个，持续监控并潜在地控制神经与肌肉的活动。
背景
神经灰尘的设计最初于2011年由来自加州大学伯克利分校的Jan Rabaey提出，随后在他的实验室中得到了展示。这项技术的历史可追溯至1924年汉斯·伯杰发明脑电图（EEG），但BCI（脑机界面）这一术语直到1970年代才正式出现在科学文献中。加州大学洛杉矶分校的研究为这一领域带来了里程碑式的贡献，并且获得了国家科学基金会的研究资助。
神经灰尘是一种将神经活动直接与计算机连接的技术，非常适合用于神经假体的应用。
功能
组件
神经灰尘系统的主要组件包括感测器节点（神经灰尘），其目标尺寸介于10至100微米立方，还有一个位于硬膜下方的子颅探测器，提供电源和通信连结。这些感测器可以利用多种机制进行供电和通讯，包括传统的射频（RF）和超声波等。超声波驱动的神经灰尘包含一组录音电极、一个定制晶体管以及一个压电传感器。
数据与电力传输
尽管存在许多形式的BCI，神经灰尘由于其尺寸和无线能力而独树一帜。超声波的使用能减少在组织中的衰减，这不仅提高了植入深度，也减少了能量在身体组织中的散射或吸收，从而降低了热能损害脆弱组织的风险。理论上，超声波能够让感测器节点更小，尺寸甚至小于100微米。
目前仍面临多种实际和可扩展性的挑战，这仍然是未来研究的重点。
临床与健康应用
神经假体
神经假体的范例包括助听器、人工视网膜微晶片等，这些装置能有效治疗视网膜色素变性。神经灰尘的使用可以大幅提升这些装置的功能，使其能够更精确地控制运动，特别是对于四肢瘫痪的病患。
电刺激
虽然神经和脑部组织的电刺激方法已实施多年，神经灰尘的小巧无线特性将推动临床应用的进展。传统的神经刺激方法风险较高，因为需要植入连接导线的电极，但神经灰尘能降低感染和疤痕的风险。
睡眠呼吸暂停
电刺激装置在治疗阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）方面已有显著成效。研究显示，植入电刺激装置的患者在12个月内的治疗效果相当显著。
膀胱控制
对于脊髓损伤患者，电刺激装置能改善其排尿和排便的能力，透过无线链接刺激脊椎前根区域来达成。
癫痫
癫痫的电刺激治疗已有一段时间，目标是在即将发作前提供电刺激，这种新颖的自动电刺激技术相较于传统治疗方式效果更佳。
随着科学的进步，神经灰尘的应用范围可能会进一步扩大，未来的发展将如何影响我们的认知和行为方式？
