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從超聲波到電流：神經灰塵如何利用先進技術監控大腦活動？
在大腦科技的前沿，科學家們正在探索一個名為「神經灰塵」的創新概念。這些納米級的設備不僅能夠無線監測大腦活動，還能在醫療應用中發揮重要作用。這些微小的感測器可以在人體內的神經系統中嵌入上千個，持續監控並潛在地控制神經與肌肉的活動。
背景
神經灰塵的設計最初於2011年由來自加州大學伯克利分校的Jan Rabaey提出，隨後在他的實驗室中得到了展示。這項技術的歷史可追溯至1924年漢斯·伯傑發明腦電圖（EEG），但BCI（腦機界面）這一術語直到1970年代才正式出現在科學文獻中。加州大學洛杉磯分校的研究為這一領域帶來了里程碑式的貢獻，並且獲得了國家科學基金會的研究資助。
神經灰塵是一種將神經活動直接與計算機連接的技術，非常適合用于神經假體的應用。
功能
組件
神經灰塵系統的主要組件包括感測器節點（神經灰塵），其目標尺寸介於10至100微米立方，還有一個位於硬膜下方的子顱探測器，提供電源和通信連結。這些感測器可以利用多種機制進行供電和通訊，包括傳統的射頻（RF）和超聲波等。超聲波驅動的神經灰塵包含一組錄音電極、一個定制晶體管以及一個壓電傳感器。
數據與電力傳輸
儘管存在許多形式的BCI，神經灰塵由於其尺寸和無線能力而獨樹一幟。超聲波的使用能減少在組織中的衰減，這不僅提高了植入深度，也減少了能量在身體組織中的散射或吸收，從而降低了熱能損害脆弱組織的風險。理論上，超聲波能夠讓感測器節點更小，尺寸甚至小於100微米。
目前仍面臨多種實際和可擴展性的挑戰，這仍然是未來研究的重點。
臨床與健康應用
神經假體
神經假體的範例包括助聽器、人工視網膜微晶片等，這些裝置能有效治療視網膜色素變性。神經灰塵的使用可以大幅提升這些裝置的功能，使其能夠更精確地控制運動，特別是對於四肢癱瘓的病患。
電刺激
雖然神經和腦部組織的電刺激方法已實施多年，神經灰塵的小巧無線特性將推動臨床應用的進展。傳統的神經刺激方法風險較高，因為需要植入連接導線的電極，但神經灰塵能降低感染和疤痕的風險。
睡眠呼吸暫停
電刺激裝置在治療阻塞性睡眠呼吸暫停（OSA）方面已有顯著成效。研究顯示，植入電刺激裝置的患者在12個月內的治療效果相當顯著。
膀胱控制
對於脊髓損傷患者，電刺激裝置能改善其排尿和排便的能力，透過無線鏈接刺激脊椎前根區域來達成。
癲癇
癲癇的電刺激治療已有一段時間，目標是在即將發作前提供電刺激，這種新穎的自動電刺激技術相較於傳統治療方式效果更佳。
隨著科學的進步，神經灰塵的應用範圍可能會進一步擴大，未來的發展將如何影響我們的認知和行為方式？
