剑桥大学的工程师、神经科学家和外科医生团队开发了这些设备，并用它们记录大脑和脊髓之间来回传输的神经信号。与目前的方法不同，剑桥设备可以记录360度信息，提供脊髓活动的完整图像。

在活体动物和人体尸体模型中进行的测试表明，这些设备还可以刺激肢体运动并绕过完全脊髓损伤(即大脑和脊髓之间的通讯完全中断)。

目前治疗脊柱损伤的大多数方法都涉及用电极刺穿脊髓和在大脑中植入植入物，这都是高风险的手术。剑桥大学开发的设备可以治疗脊柱损伤，而无需进行脑部手术，这对患者来说更加安全。

虽然此类治疗至少还需要几年的时间，但研究人员表示，这些设备在短期内可能有助于监测手术期间的脊髓活动。更好地了解脊髓是很难研究的，可以改善对一系列疾病的治疗，包括慢性疼痛、炎症和高血压。研究结果发表在《科学进展》杂志上。

“脊髓就像一条高速公路，以神经冲动的形式将信息传入和传出大脑，”这项研究的共同领导者、工程系教授乔治·马利亚拉斯(GeorgeMalliaras)说。“脊髓损伤会导致交通中断，导致严重残疾，包括不可逆转的感觉和运动功能丧失。”

监测往返脊髓信号的能力可以极大地帮助脊髓损伤的治疗方法的发展，并且在近期内也可能有助于在手术期间更好地监测脊髓。

“大多数用于监测或刺激脊髓的技术仅与脊髓背部或背侧部分的运动神经元相互作用，”该研究的共同领导者、临床神经科学系的达米亚诺·巴罗内博士说。“这些方法只能到达脊柱的20%到30%，所以你得到的图像并不完整。”

研究人员从微电子技术中汲取灵感，开发出一种从整个脊柱获取信息的方法，即将非常薄的高分辨率植入物包裹在脊髓周围。这是首次实现安全的360度脊髓记录——早期的360度监测方法是使用刺穿脊柱的电极，这可能会导致脊柱损伤。

剑桥开发的生物相容性设备厚度仅为百万分之几米，采用先进的光刻和薄膜沉积技术制成，只需极小的电力即可运行。

这些设备拦截在脊髓的轴突或神经纤维上传播的信号，从而可以记录信号。这些设备很薄，意味着它们可以记录信号而不会对神经造成任何损害，因为它们不会穿透脊髓本身。

“这是一个困难的过程，因为我们以前没有以这种方式制造过脊柱植入物，而且不清楚我们是否可以安全、成功地将它们放置在脊柱周围，”马利亚拉斯说。“但由于工程和神经外科领域的最新进展，行星已经对齐，我们在这个重要领域取得了重大进展。”

这些装置是根据常规外科手术进行改造而植入的，因此它们可以滑入脊髓下方而不会损坏脊髓。在使用大鼠模型的测试中，研究人员成功地使用这些设备来刺激肢体运动。这些设备表现出非常低的延迟——也就是说，它们的反应时间接近人类的反射性运动。人体尸体模型的进一步测试表明，该设备可以成功地植入人体。

研究人员表示，他们的方法可能会改变未来脊柱损伤的治疗方式。目前治疗脊柱损伤的尝试涉及大脑和脊柱植入物，但剑桥研究人员表示，大脑植入物可能没有必要。

“如果有人脊椎受伤，他们的大脑是好的，但连接被中断了，”巴罗恩说。“作为一名外科医生，你想要解决问题所在，因此在脊柱手术的基础上增加脑部手术只会增加患者的风险。我们可以以一种侵入性更小的方式从脊髓收集我们需要的所有信息，因此这将是治疗脊髓损伤的一种更安全的方法。”

虽然脊柱损伤的治疗还需要数年时间，但在短期内，这些设备可能有助于研究人员和外科医生以非侵入性方式更多地了解人体解剖学中这一重要但尚未充分研究的部分。剑桥大学的研究人员目前计划使用这些设备来监测手术期间脊髓的神经活动。

“直接研究人类的整个脊髓几乎是不可能的，因为它非常脆弱和复杂，”巴罗恩说。“手术期间的监测将帮助我们更好地了解脊髓而不损伤它，这反过来又将帮助我们开发出更好的治疗方法来治疗慢性疼痛、高血压或炎症等疾病。这种方法显示出帮助患者的巨大潜力。”

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