神经尘埃

神经尘埃是一个术语，用来指作为无线供电的神经传感器运行的纳米大小的设备；它是一种脑机接口。这些传感器可用于研究、监测或控制神经和肌肉，并远程监控神经活动。在实践中，一种医疗方法可以将成千上万的神经尘埃设备引入人的大脑。这个术语来源于智能尘埃，因为作为神经尘埃使用的传感器也可以用这个概念来定义。

神经尘埃的设计最早是在2011年加州大学伯克利分校无线研究中心的一篇论文中提出的，该论文描述了创建一个持久的无线脑计算机接口（BCI）的挑战和突出优势。虽然BCI的历史始于汉斯-伯格在1924年发明的脑电图，但这个术语直到20世纪70年代才出现在科学文献中。该领域的标志性研究来自加州大学洛杉矶分校（UCLA），在获得国家科学基金会的研究资助后。虽然神经尘埃确实属于BCI的范畴，但它也可用于神经修复学（也称为神经修复学）领域。虽然这些术语有时可以互换使用，但主要区别在于，BCI通常将神经活动直接连接到计算机上，而神经义肢则倾向于将中枢神经系统的活动连接到旨在替代缺失或受损身体部位功能的设备上。

神经尘埃系统的主要组件包括传感器节点（神经尘埃），其目标是在10-100微米的范围内，以及一个颅下询问器，它将位于硬脑膜下，并将提供电源和与神经尘埃的通信链接。神经尘埃由一对记录电极、一个定制晶体管和一个压电传感器组成。压电晶体能够从细胞外空间记录大脑活动，并将其转换为电信号。

虽然存在许多形式的BCI，但由于其尺寸、无线能力和对超声波技术的使用，神经尘埃属于自己的一类。虽然许多类似的设备使用电磁波（如无线电频率）与无线神经传感器互动，但使用超声波具有更高的空间分辨率以及减少组织中的衰减的优势。这导致了更高的穿透深度（因此更容易与颅下通讯器沟通），以及减少由于散射或吸收而被分配到身体组织中的不必要的能量。这种多余的能量会以热的形式出现，从而对周围组织造成损害。超声波的使用也允许传感器节点有更大的规模，允许小于100微米的尺寸，这为植入式电子技术的领域提供了巨大的可能性。

由于神经尘埃微粒的尺寸极小，在传感器本身创建一个功能性发射器是不切实际的，也几乎不可能。因此，采用了从射频识别（RFID）技术中提取的背向散射通信。在RFID技术中，当靠近射频询问器时，无电池标签能够吸收和反射射频（RF）能量，射频询问器是一种发射射频能量的设备。当它们将射频能量反射回询问器时，它们能够对频率进行调制，并在此过程中对信息进行编码。神经尘埃采用了这种方法，让硬膜下通讯器发出超声波脉冲，然后由神经尘埃传感器反射。

压电晶体从其在细胞外空间的位置检测到神经元信号，而反射回讯问器的超声波能量将被调制，以传达记录的活动。在一个提议的神经尘埃传感器模型中，晶体管模型允许采用一种分离局部场电位和动作电位尖峰的方法，这将允许从记录中获取极大的多样化的丰富数据。

神经义肢一些神经义肢的例子包括可以帮助恢复听力的人工耳蜗，人工硅视网膜微芯片已被证明可以有效地治疗视网膜色素变性，甚至运动义肢可以为四肢瘫痪或肌萎缩性侧索硬化症等疾病患者提供运动能力。将神经尘埃与运动假体结合使用，可以对运动进行更精细的控制。

虽然神经和脑组织的电刺激方法已经使用了一段时间，但神经尘的大小和无线性质允许