软脑探针可能是抑郁症研究的福音

任何熟悉百忧解或维布特林等抗抑郁药的人都知道，这些药物可以提高大脑中血清素和多巴胺等神经递质的水平，众所周知，它们对情绪和行为起着重要作用。

那么，关于神经递质(将信息从一个脑细胞传递到其他脑细胞的化学物质)与我们的心理状态之间的特定关系，科学家们仍然掌握的数据很少，这可能会让人感到意外。简而言之，监测活体大脑中这些神经化学物质的波动已被证明是一项持续的挑战。

现在，加州大学洛杉矶分校的科学家们首次将经过调整以识别特定神经递质的纳米级生化传感器连接到柔软的植入式脑探针上，以便实时持续监测这些化学物质。在ACS Sensors上发表的一篇论文中描述了这种新的大脑探针，它将允许科学家在实验室动物——最终是人类——的日常活动中追踪神经递质。

该论文的通讯作者说，长期以高分辨率连续测量神经递质的能力将有助于更准确地了解血清素、多巴胺和其他神经递质如何影响心理状态，从而可能导致更有效地治疗抑郁症和其他精神健康障碍，加州大学洛杉矶分校精神病学和生物行为科学以及化学和生物化学教授安妮·安德鲁斯 (Anne Andrews)。

“我们知道血清素和多巴胺与抑郁症的某些行为方面有关，但原因很复杂，并不像单一递质水平低那么简单，”安德鲁斯说，他也是加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所的成员， Hatos 神经药理学中心。“我们认为这种类型的软探针将有助于研究实验动物的长期大脑过程——尤其是精神疾病的潜在过程。”

软探头代表了传统脑探头的重大进步，传统脑探头的刚性会在每次头部运动时刺激脑组织，导致炎症，而炎症通常会破坏探头的读取和记录能力。研究人员说，软探针的灵活性将允许个人在被监视的同时自由移动。

软探针的设计与测试

研究小组在聚酰亚胺基底上制造了约 0.15 毫米宽和 0.007 毫米厚的小型箭头形探针，聚酰亚胺是一种坚固而柔韧的聚合物，常用于医疗管道，如导管，以及插入的其他医疗设备进入身体。

连接到探针尖端的两个传感器检测特定神经递质的存在——在这种情况下，血清素——使用称为适配体的工程 DNA 链，其设计使血清素分子像锁中的钥匙一样适合它们。当血清素附着时，适体会改变形状，从而改变晶体管表面的电场，将信息传递给科学家。

然后，软探针被植入到一个大脑模型中，该模型由第一作者赵传振模拟自然脑组织的结构和化学特性。赵在加州大学洛杉矶分校获得化学和生物化学博士学位，现在是斯坦福大学的博士后学者，他将血清素注射到探针附近的模型中，发现探针的传感器成功检测到类似于活体大脑中发生的低水平血清素.

尽管目前的研究针对的是血清素，但安德鲁斯指出，研究人员可以很容易地将额外的神经递质特异性传感器——她的团队已经开发出来——放在软探针上，使科学家能够同时检测多种神经递质。虽然该探针尚未在活体大脑中进行过测试，但监测多种神经递质的能力，再加上探针的灵活性和寿命，最终可能会为长期研究动物大脑过程的科学家带来福音。

“例如，如果我们想研究动物在学习一项任务时或在衰老过程中大脑发生了什么，我们的传感器可以在很长一段时间内提供多种神经化学测量值，”她说。

研究人员表示，软探针还有可能用于帮助改善深部脑刺激疗法，其中植入大脑的电极可调节帕金森氏症和癫痫等疾病的神经电放电，以及脑机接口，这些受到阻碍他们的基板的刚性。

Zhao 和 Andrews 最近在聚酰亚胺上使用了类似的适体场效应晶体管生物传感器，通过智能手表 监测人们汗液中应激激素皮质醇的水平。

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