参考消息网5月21日报道　一种新型微型吸管能在不使用液体或电力的情况下释放离子，以毫米级的精度激活神经元和星形胶质细胞，开创了大脑研究的新时代，并为癫痫等疾病的治疗提供了更多可能性。离子失衡在这些病理现象中起着核心作用。他们还提到了利用该技术释放带电药物（如某些神经递质）的可能性，这将进一步扩大其用途。

新技术开创脑研究新时代

2025-05-21 17:34:04

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参考消息网5月21日报道　据西班牙《趣味》月刊网站5月7日报道，一种新型微型吸管能在不使用液体或电力的情况下释放离子，以毫米级的精度激活神经元和星形胶质细胞，开创了大脑研究的新时代，并为癫痫等疾病的治疗提供了更多可能性。

在一堂神经生物学课上，一位学生问，既然大脑的语言是“化学语言”，为何还用电激活神经元？教授回答，这样做是因为尚不知道如何以同样精确的方式使用这种语言。这个真实的场景说明了神经科学最大的局限性之一：我们刺激大脑的方式就像在图书馆里用喊话的方式交谈。不过这种情况很可能很快发生改变。

瑞典林雪平大学有机电子学实验室领导的国际研究小组设计出了一种工具，能在不通电的情况下，仅利用特定的、精确控制的离子激活神经元和神经胶质细胞。这项突破发表在2025年3月出版的德国《斯莫尔》杂志上，描述了一种离子电子微型吸管，其喷嘴比细胞直径还细，可以在脑组织的精确位置释放钾离子和其他离子。这项技术开启了脑刺激新时代的大门，可应用于神经疾病的研究和治疗。

脑细胞外的化学环境被称为细胞外介质，在神经元交流中起着根本性的作用。它由钾、钠和氯等离子组成，直接调节神经元的电活动。当它变化时，即使是轻微变化，也会改变一个细胞甚至整个网络的功能状态。

问题是，到目前为止，改变这些离子水平的方法还不够精确。注入液体、电流或溶液扩散不仅会改变离子浓度，还会改变介质的压力或体积。该研究的作者认为，在使用氯化钾等盐类化合物时，“缺乏精确控制使数据解释变得复杂”。

这就是为什么新型微型吸管代表了一种范式的转变：它可以只释放离子而不伴随液体，从而避免了干扰结果的不必要影响。这就使得研究神经元和星形胶质细胞如何在不受外界干扰的情况下对其周围环境的局部变化做出反应成为可能。

该装置基于神经科学家熟悉的结构：玻璃微型吸管被拉伸，直至形成一个尖端。然而，它的内部是一层聚电解质膜，当施加非常低的电流时，离子可以在受控的情况下通过。

电流推动离子穿过薄膜，并以受控方式将其释放到组织中。正如研究报告所述，“离子电子微型吸管可按需进行离子操作，而不会同时释放溶剂或其他溶质”。流量可实时调节，其时空精度是以前的技术无法达到的。

通过这种控制，即使在神经元密集的大脑区域，也能实现逐个激活细胞。传统方法会产生大量的弥散变化，而微型吸管则不同，它能产生只影响附近细胞的局部离子梯度。

实验是在小鼠海马体切片上进行的，海马体是大脑中与记忆相关的区域。在这些组织中，研究人员在单个神经元附近释放钾离子。微型吸管与细胞之间的距离只有5到10微米，也能诱发特定的放电。

数据显示，通过增加钾浓度，神经元从非活动状态转变为产生重复动作电位。根据研究人员的说法，“离子微型吸管可以有效、快速和可逆地诱导神经元活化”。释放钠离子并不能实现这种反应，这证实了这种效应属于所使用离子的特性，而不是电场的特性。

然而，最有趣的发现来自星形胶质细胞，这种经常被忽视的胶质细胞占所有脑细胞的一半。它们对钾释放的反应比神经元本身更快、更敏感，这表明它们在大脑化学平衡中的作用比以前想象的更大。这种工具可以直接研究这种相互作用，而这在以前是不可能的。

除实验测试外，研究人员还进行了详细的计算模拟，确认了离子的空间分布及其在离微型吸管不同距离上的浓度。在这些模拟中，钾梯度达到激活神经元所需的水平，而不需要大电流。

这一点非常重要，因为传统的电刺激方法可以使用高达10毫安的电流，而微型吸管的工作电流不到200纳安培。这就降低了组织损伤的风险或不必要的副作用。

研究人员认为，该装置不仅可用于研究正常情况下的大脑，还可用于探索癫痫等病理现象，因为离子失衡在这些病理现象中起着核心作用。他们还提到了利用该技术释放带电药物（如某些神经递质）的可能性，这将进一步扩大其用途。（编译/刘丽菲）