美國(guó)通過(guò)Micro LED無(wú)創(chuàng)光遺傳技術(shù)，讓大腦直接“讀懂”光的訊號(hào)

▲ 這種輕薄、柔韌的無(wú)線設(shè)備與一枚硬幣大小相當(dāng)（圖中硬幣用于比例參考）。該設(shè)備發(fā)出復(fù)雜的圖案光線（圖中顯示為字母“N”），將信息直接傳輸?shù)酱竽X。

在可穿戴與植入式醫(yī)療設(shè)備不斷刷新邊界的當(dāng)下，MicroLED技術(shù)正從顯示領(lǐng)域跨越到神經(jīng)科學(xué)及醫(yī)療應(yīng)用的前沿。日前，美國(guó)西北大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在《自然·神經(jīng)科學(xué)》（Nature Neuroscience）發(fā)表最新研究，展示了一款基于MicroLED陣列的無(wú)線、無(wú)創(chuàng)光遺傳學(xué)設(shè)備，能夠繞過(guò)人體感官通路，將信息直接用光編碼送入大腦，為假肢感覺(jué)反饋、疼痛調(diào)控、神經(jīng)康復(fù)、腦控機(jī)器人肢體等醫(yī)療場(chǎng)景打開(kāi)全新可能。

01 繞過(guò)感覺(jué)系統(tǒng)

這種微型科研設(shè)備體積小于人類食指，具備良好的柔韌性與彈性，能夠精準(zhǔn)貼合頭骨的解剖弧度。其硬件系統(tǒng)高度集成，包含了64個(gè)微型LED燈、供電電路及接收天線。該設(shè)備利用類似于非接觸式支付的近場(chǎng)通信（NFC）技術(shù)，通過(guò)外部天線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)短距離無(wú)線控制與能量傳輸。

在應(yīng)用機(jī)制上，該設(shè)備采用皮下植入方式，而非直接侵入腦組織。其核心原理基于光遺傳學(xué)技術(shù)：首先通過(guò)無(wú)害的病毒載體對(duì)大腦特定區(qū)域的神經(jīng)元進(jìn)行基因改造，使其表達(dá)出光敏離子通道；隨后，植入設(shè)備將光線透過(guò)顱骨直接投射至大腦，激活這些光敏通道，促使帶電粒子流入神經(jīng)元并觸發(fā)電信號(hào)傳遞。通過(guò)精確控制64個(gè)微型LED的閃爍順序和模式，研究者能夠在大腦皮層上誘發(fā)出特定的神經(jīng)活動(dòng)空間分布，從而實(shí)現(xiàn)信息的定向輸入。

02 醫(yī)療應(yīng)用前景與行業(yè)范式轉(zhuǎn)型

研究結(jié)果列舉了該技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的巨大潛力：

• 假肢感覺(jué)反饋：為假肢使用者重建觸覺(jué)、溫度等感知通道；
• 人工視聽(tīng)假肢：直接向大腦視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)皮層提供刺激，繞過(guò)受損感官器官；
• 非藥物疼痛管理：在不使用阿片類或全身性藥物情況下，通過(guò)調(diào)控疼痛相關(guān)神經(jīng)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)鎮(zhèn)痛；
• 神經(jīng)康復(fù)：促進(jìn)中風(fēng)或外傷后皮層功能重建與重塑；
• 腦控機(jī)器人肢體：實(shí)現(xiàn)高精度、低延遲的運(yùn)動(dòng)控制。

從產(chǎn)業(yè)角度看，MicroLED技術(shù)從傳統(tǒng)顯示領(lǐng)域向植入式神經(jīng)接口的跨界融合，極大地提升了醫(yī)療設(shè)備的單位面積功能密度與能效表現(xiàn)。相較于傳統(tǒng)侵入式電極，光遺傳學(xué)與MicroLED的結(jié)合有效規(guī)避了腦組織損傷及術(shù)后感染的風(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)于全球龐大的神經(jīng)退行性疾病、脊髓損傷及截肢群體而言，意味著更安全、高效的治療選擇。隨著該技術(shù)從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室走向臨床轉(zhuǎn)化，不僅將吸引醫(yī)療巨頭與神經(jīng)工程企業(yè)的戰(zhàn)略投入，也將促使MicroLED芯片制造商在高技術(shù)壁壘的生物醫(yī)療賽道中尋求新的增長(zhǎng)極。

03 光電協(xié)同下的感知重建新紀(jì)元

這一無(wú)創(chuàng)光遺傳平臺(tái)的問(wèn)世，標(biāo)志著神經(jīng)科學(xué)正步入一個(gè)由光信號(hào)直接編碼感知、腦機(jī)深度互動(dòng)的新時(shí)代。隨著陣列規(guī)模與模式復(fù)雜度的持續(xù)優(yōu)化，未來(lái)醫(yī)療系統(tǒng)將有望實(shí)現(xiàn)人工感知信息的精準(zhǔn)“寫入”，讓失去感官的患者在光電信號(hào)的協(xié)同下重獲生活質(zhì)感。在MicroLED產(chǎn)業(yè)探索差異化競(jìng)爭(zhēng)的背景下，醫(yī)療神經(jīng)接口作為一片兼具高臨床價(jià)值與商業(yè)紅利的藍(lán)海，正逐漸成為生物技術(shù)與先進(jìn)制造交叉融合的核心增長(zhǎng)點(diǎn)，為人類健康與腦科學(xué)研究提供前所未有的工具支點(diǎn)。

新聞來(lái)源｜AI應(yīng)用說(shuō)

論文指引｜DOI:10.1038/s41593-025-02127-6