互动科普

会说神经元语言的突触芯片。

如果你想和当地人打成一片，说他们的方言是很有帮助的。所以，当美国斯坦福大学的科学家想和视网膜及其他神经元细胞对话时，他们想到了神经递质这种“语言”。神经细胞释放化学物质到突触这个专门的邻近间隙，以便和附近的细胞通信。制作一个能说神经元“方言”的装置，有助于研制新一代的可植入替代物，以修复因斑点退变累及的视网膜。这种“人工突触芯片”也可以替代其他种类的病变神经元。

正常情况下神经元把化学信号转换为电脉冲，因此制造人工视网膜使用的转换机制也要适用于残存的正常神经元。但是斯坦福小组发现化学物质的刺激比电刺激有更多的优势。一个最主要的优势是事实上神经元也在利用不同的神经递质来微调它们触发的反应。而且，因靶细胞的不同特性，同一种神经递质可以激发不同的反应。“并不是所有的通路都是相同的。”斯坦福眼科组织工程学实验室负责人Harvey Fishman如是说。而电刺激对临近细胞的刺激作用没有区别。

斯坦福芯片带有一个表面积比铅笔擦略小的动力构件，可以释放微量且精确定量的液体。它不仅是一个泵系统，还带有一个低电压区域，可以促进液体流动，使它们从贮器流过微导管并由芯片表面的小孔流出。“喷墨打印机使用这一技术使墨水从喷嘴射向纸张，”Fishman说，“我们已经采用这种技术将液体在亚细胞水平的尺度上投射。”在该组的研究中已经证明，由芯片投射的递质样化学物质也可以激活细胞通路并模拟神经元的信息传递过程。

但是把人工突触芯片应用到视网膜修复中还需要花费几年时间。“这需要两个巨大的工程学上的进步，包括增加更多的刺激位点和保持对每一个位点的控制，以及生物相容性材料的研制。”Fishman的合作者之一Mark Peterman解释说。目前的芯片只有4个喷孔，而人工视网膜芯片需要成千上万的喷孔以模拟正常视网膜的刺激输入阵列。芯片的设计者还得应对诸如移植后喷孔是否会被细胞或瘢痕组织堵塞之类的问题。另外，尽管斯坦福芯片有适合的侧面形态，但是厚度必须缩减至小于两根头发的厚度，接近人类视网膜的宽度。

曾经设计了一种电子视网膜修复术原型的美国南加州大学眼科专家Mark Humayun注意到了一些人工突触芯片在实际应用中遇到的难题，例如在活动的眼球里需要将芯片固定在距离目标仅一个突触的范围之内。但是他又补充说，“那是视网膜修复下一阶段的问题，目前的情况已经很令人兴奋了。”

刘大振/译

曾少立/校

张志文/审