大脑植入的目标是读取神经元活动并通过激活神经元来进行响应，例如移动假肢或模拟丢失的感知。研究人员已经开发出一种装置来做到这一点，将全息图像投影到大脑的顶层，每秒激活数十次神经元，以模拟真实的活动模式。配备了新的，快速开关的光遗传开关，神经元被诱骗感知事物不在那里。
如果我们能够编辑我们感受到的感觉会怎样？粘贴我们从未见过的大脑图片，剪掉不想要的疼痛，或将不存在的气味插入记忆中？
加利福尼亚大学伯克利分校的神经科学家们正在建造这样的设备，利用全息投影进入大脑，一次激活或抑制数十个最终数千个神经元，每秒数百次，模仿大脑活动的真实模式以欺骗大脑认为它已经感受到，看到或感觉到某种东西。
目标是不断地阅读神经活动，并根据活动决定激活哪组神经元以模拟实际大脑反应的模式和节奏，以便例如在周围神经损伤后替换失去的感觉或控制假肢。
“这对于神经假体具有很大的潜力，因为它具有大脑解读激活模式所需的精确度，如果你能读写大脑语言，你可以用它自己的语言来说话，它可以解释这个信息要好得多，“分子与细胞生物学助理教授Hillel Adesnik的加州伯克利分校实验室博士后Alan Mardinly说。“这是开发一种技术的漫长道路之一的第一步，该技术可能是一种具有更多感官或增强感官的虚拟大脑植入物。”
Mardinly是4月30日发表在“自然神经科学”杂志上的一篇论文的三位第一作者之一，他描述了全息脑调节器，该调节器可以在包含数千个脑的三维大脑中一次激活多达50个神经元神经元，并重复每秒高达300次不同组的50个神经元。
“与大脑交谈的能力具有不可思议的潜力，可以帮助弥补退行性疾病或损伤引起的神经损伤，”加州大学伯克利分校和细胞生物学教授，海伦威尔斯神经科学研究所主任Ehud Isacoff说，不参与研究项目。“通过将感知编码到人体皮层中，您可以让盲人看到或瘫痪的人感觉到触摸。”
全息投影。
大脑中的2,000至3,000个神经元中的每一个都配有一种蛋白质，当被闪光灯击中时，会打开细胞以产生短暂的活动。关键突破之一是找到一种方法来针对每个单元而不是一次点击所有单元。
为了将光线集中在细胞体上一个比人的头发宽度小的目标几乎是大脑中的所有细胞，他们转向计算机生成的全息图，一种弯曲和聚焦光的方法，以形成三维空间格局。效果就好像3D图像在空间中漂浮一样。
在这种情况下，全息图像被投射到大脑皮层表面的一层薄薄的大脑组织中，大约十分之一毫米厚，虽然有一个通向大脑的清晰窗口。
“主要的进步是能够精确地控制空间和时间的神经元，”博士后NicolasPégard说，他是另一位第一作者，他在Adesnik实验室和共同作者Laura Waller的实验室工作，他是电气工程和计算机科学副教授。“换句话说，拍摄你想要激活的非常特定的神经元组，并以特有的规模和他们通常工作的速度进行。”
研究人员已经在小鼠大脑的触觉，视觉和运动区域测试了原型，因为他们在跑步机上行走时头部固定不动。虽然他们没有注意到他们的大脑受到刺激时小鼠的行为发生了变化，但Mardinly表示他们的大脑活动通过神经元中钙水平的双光子成像实时测量显示出类似于对感官刺激的反应。他们现在正在训练老鼠，以便他们可以检测刺激后的行为变化。
假肢和大脑植入物。
Pégard说，覆盖的大脑区域现在是一片半平方毫米和十分之一毫米厚的片可以放大，以读取和写入大脑外层或皮层中的更多神经元。而激光全息设备最终可以小型化，以适应人们可以拖着的背包。
Mardinly，Pégard和另一位第一作者，博士后Ian Oldenburg，通过在一些领域取得技术进步，构建了全息脑调节器。 Mardinly和Oldenburg与实验室的研究助理Savitha Sridharan一起开发了更好的光遗传开关，以插入细胞来打开和关闭它们。开关在触发时短暂打开的细胞表面上的轻微激活的离子通道强烈开启，然后快速关闭，大约3毫秒内完成，因此它们可以重新刺激达50次或更多次每秒钟，与皮层正常的放电率一致。
Pégard开发了全息投影系统，该系统使用液晶屏幕，像全息负片一样将来自40W激光器的光线雕刻成所需的3D图案。激光器每微秒脉冲发射300飞秒的脉冲。他，Mardinly，Oldenburg和他们的同事去年发表了一篇论文，他们称这种设备称为3D-SHOT，用于具有时间聚焦的三维无扫描全息光遗传学。
“这是研究人员一段时间以来一直在研究的技术的高潮，但无法拼凑在一起，”Mardinly说。“我们同时解决了大量的技术问题，将它们结合在一起，最终实现了这项技术的潜力。”
随着他们改进技术，他们计划开始捕捉皮层中的真实活动模式，以便学习如何通过其全息系统重现感觉和感知以播放。
（选自《医药》（适用版））