摘要：
神经刺激是一种正在发展的技术，其在诸如帕金森氏病的神经系统疾病中具有有益的治疗效果。虽然已经取得了很大进展，但植入的装置会随着时间的推移而退化，并导致在神经组织上形成疤痕。在最近的一篇论文中，匹兹堡大学的Takashi DY Kozai详细介绍了一种侵入性更小的刺激方法，该方法将使用不受约束的光激活微型电极。这项技术可以减少当前方法造成的损害。
皮特的斯旺森生物工程助理教授科扎伊说：“通常，在神经刺激下，为了维持思维和机器之间的联系，从植入大脑的电极到体外的控制器需要一根经皮电缆。”工程学院。大脑或系绳的运动会导致炎症、疤痕和其他负面影响。我们希望通过用长波长的光和超小的未绑定电极替换这种大电缆来减少一些损害。"
Kaylene Stocking是生物工程和计算机工程专业的高材生。这篇论文的第一作者是“光电效应介导的非束缚超微型碳纤维电极对皮质内神经的刺激”(DOI:10.1109/tbme . 19986 . 183863863616她与Kozai的团队-仿生学实验室合作，研究研究人员如何提高神经植入技术的寿命。这项工作是与皮特的放射和生物工程副教授阿尔贝托瓦斯奎兹合作完成的。
光电效应是指光或光子击中物体，引起局部电位变化。Kozai的团队在进行其他成像研究时发现了自己的优势。基于爱因斯坦在1905年发表的关于这种效应的文章，他们预计只在紫外波长(高能光子)看到光电流，但他们经历了不同的事情。
“当用近红外激光(低能量光子)成像时，当光电效应污染了我们的电生理记录时，我们有点惊讶，”Kozai解释道。事实证明，为了解释这个结果，必须对原来的方程进行修改。我们尝试了很多策略来消除这种光电伪影，但每次尝试都不成功，于是我们把“误差”变成了“特征”。"
放养说：“我们小组决定利用光电效应的这一特性，充分发挥我们在神经刺激方面的优势。”“我们利用近红外激光的电位变化来激活大脑中不受约束的电极。”
实验室创造了直径为7-8微米或大约为神经元大小(17-27微米)的碳纤维植入物，Stocking使用双光子显微镜在幻影大脑上模拟他们的方法。她测量了特征并分析了效果，以观察光电效应产生的电势是否以类似于传统神经刺激的方式刺激细胞。
放养说：“我们发现光刺激是有效的。”“升温不明显，降低了热损伤的可能性，而且在类似条件下，激活细胞比电刺激更接近电极，这说明空间精度有所提高。”“我们没有想到的是，与电刺激相比，这种光电刺激方法使我们能够刺激更多不同组的神经元。”Kozai说，“这为研究人员探索神经系统中的神经回路提供了另一种工具。
科扎伊说：“我们的许多批评者不相信爱因斯坦原始光电方程的数学修改，但我们相信这种方法，甚至已经申请了专利”(专利申请号：US20170326381A1)。“这证明了Kaylene的努力和勤奋，可以采纳一个理论，并将其转化为对技术良好控制的验证。”Kozai的团队目前正在寻找其他机会来推进这项技术，包括更深的组织和无线药物输送。
放养预计2019年4月毕业，计划攻读博士学位。她说，“匹兹堡大学有惊人的资源让我获得有意义的研究经验。我感谢科扎伊博士和生物工程系给我机会做有影响力的工作。”
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