超薄石墨烯大脑植入物首次在真人身上测试

来源: 网易科技报道

2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃塞洛夫（Konstantin Novoselov）首次成功分离出石墨烯，取得了重大突破。石墨烯是由单层原子构成的平面碳材料，也是已知最薄且最坚固的材料之一。因其独特性质，它被誉为“神奇材料”，并帮助海姆和诺沃塞洛夫赢得了2010年的诺贝尔物理学奖。

在随后的20年间，石墨烯已成功应用于电池、传感器、半导体、空调甚至耳机等多个领域。目前，这项技术正在用于人类大脑的研究中。

当地时间周四，曼彻斯特大学的一组外科医生在一名患者的大脑皮层（即大脑最外层）短暂植入了一种薄如胶带的石墨烯装置。这项技术由西班牙InBrain Neuroelectronics公司研发，是一种脑机接口设备，用于收集并解码大脑信号。目前，包括埃隆·马斯克（Elon Musk）旗下Neuralink在内的多家公司均在开发此类脑机接口，而InBrain也是其中的重要参与者之一。

InBrain的联合创始人兼首席执行官卡罗莱纳·阿吉拉尔（Carolina Aguilar）表示：“我们的目标是推出一款能够进行大脑解码和大脑测绘的商业产品，并可用于治疗多种疾病。”

大脑测绘是一项旨在辅助规划脑部手术的技术。例如，在切除脑肿瘤时，外科医生会在患者的大脑上放置电极，以确定大脑中控制运动和语言功能的位置，从而确保在不影响患者运动或语言能力的情况下安全切除肿瘤。

在最新的一次手术中，InBrain的石墨烯脑机接口设备在患者大脑上成功运行了79分钟。此前，该患者已接受过脑部肿瘤切除手术，并同意参与实验。在此期间，研究人员观察到InBrain设备能够以微米级精度区分健康与癌变的脑组织。

曼彻斯特大学是InBrain首次人体试验的基地，该研究将在多达10名因其他原因已经接受过脑部手术的患者身上测试石墨烯装置。这项研究得到了欧盟石墨烯旗舰项目（Graphene Flagship）的大力支持，该项目旨在验证石墨烯与人类大脑直接接触的安全性。

执行这台手术的神经外科医生大卫·库普（David Coope）对InBrain装置给予高度评价，指出其相比传统电极具有更高的灵活性，能够更好地贴合大脑表面。他说：“从外科的角度来看，这意味着我们可能会把它放在传统电极难以触及的区域。用于大脑测绘的传统电极多为镶嵌在硅中的铂铱盘，较为坚硬。”

相比之下，InBrain设备是一个位于大脑表层的透明薄片，只有人类头发的一半粗细，包含48个微小的解码用石墨烯电极，每个电极只有25微米。

此外，InBrain公司还在研发一种能够穿透脑组织的植入物，旨在提供更为精确的电刺激。这种设备可以单独用于大脑测绘，但阿吉拉尔透露，该公司正计划将这两种设备结合，以期在治疗帕金森病等神经系统疾病方面取得突破。

目前，脑深部电刺激术（DBS）作为一种成熟的治疗方法，已广泛应用于帕金森症、癫痫等疾病的治疗中。通过向脑组织插入针状金属电极并输送电流，以干扰大脑中引起震颤和其他运动症状的不规则信号。

目前，无论患者是否出现症状，大多数DBS系统都会持续刺激。但随着时间的推移，神经系统可以适应这种持续性刺激，其效果也会逐渐消失。InBrain公司计划利用表面设备监测与运动功能相关的生物标志物，仅在必要时启动穿透设备进行精准刺激，以优化治疗效果。

传统上，金属电极因其卓越的导电性而被广泛应用于DBS及脑机接口领域，捕捉大脑活动的电流信号，帮助瘫痪患者通过思维控制数字设备。然而，莱斯大学材料科学和纳米工程助理教授克里斯蒂娜·特里吉德斯（Christina Tringides）指出，金属电极存在很多缺点。

她说，金属电极的刚性与大脑的柔软性之间存在明显不匹配，前者坚硬而脆弱，而大脑则呈现柔软的凝胶状，“这就像把勺子插进果冻里，或把刀插进豆腐中”。

大脑随着每次呼吸而跳动，但金属电极仍留在原地。这种不匹配意味着当大脑在颅骨内移动时，电极会引起炎症或留下疤痕。随着时间的推移，这些问题会阻碍电极接收神经信号的能力。此外，金属在大脑的水环境中也会氧化，这会导致它们随着时间的推移而降解。

在理想情况下，植入大脑的电极应能长期稳定运行，以尽量减少患者因重复手术而承受的痛苦与风险。特里吉德斯说，这正是推动使用新材料（如石墨烯）的原因之一。石墨烯作为一种优良的导体，不仅导电性能优异，而且具有抗氧化特性。

阿吉拉尔表示，InBrain的设备相比当前的DBS系统，能够向大脑注入高达200倍的电荷。此外，该公司的表面阵列还集成了12个刺激电极，由8400个石墨烯微岛构成，能够在不开启刺激功能的情况下进行初步的人体研究，为后续的临床应用打好基础。

展望未来，InBrain计划在其商业版本中集成近100个电极，并正在研发一款拥有1024个电极的设备。电极数量的增加将显著提升大脑数据的记录量，而石墨烯点的小巧尺寸则确保了刺激的极高精确度。这种高精度刺激在治疗中风、癫痫等神经系统疾病方面具有广阔的应用前景。

然而，在正式投入临床应用之前，InBrain必须首先通过严格的安全性研究。阿吉拉尔称：“这是石墨烯首次被植入人类大脑，所以我们希望能有一个好的结果。”