本文转载自雷锋网。如需转载，请在雷锋网官网申请授权。它是一个由磁场驱动的微型机器人，在这个动画中显示它正在朝一个目标弹跳。在恒定的磁场下，它还可以为大家表演一圈。有些人可能认为磁力驱动的微型机器人并不少见，甚至有点司空见惯。然而，上面的机器人并不普通。它具有神经元，可以在体外形成和操纵神经簇之间的神经网络。从而为脑功能及相关疾病的研究取得了新的突破。为什么要构建“体外神经网络”？该机器人由韩国脑研究所和机器人工程系、DGIST-ETH微型机器人研究中心、韩国大邱庆北科学技术研究院（DGIST）脑与认知科学系联合开发。2020年9月25日，该团队的论文正式发表于顶级学术期刊《科学》子刊《科学进展》（ScienceAdvances），题为Amagneticallyactuatedmicrorobotfortargetedneuralcelldeliveryandselectiveconnectionofneuralnetworks(akind用于定向神经元细胞传递和神经网络选择性连接的磁驱动微型机器人）。长期以来，脑科学研究人员一直试图更深入地了解大脑的学习、记忆、运动、感觉处理和决策等功能，而这些功能在大脑中的实现都离不开神经联系。为了研究神经研究，科学家们提出了一种“体外神经网络”研究方法，通过化学和电生理的方法进行脑功能分析。为什么要在体外研究甚至操纵神经网络？原因是这种方法可以通过在尽可能少的外部影响下在大脑中的目标位置进行精确和选择性的神经连接来测量神经活动并确定神经元如何进行通信。当然，它也可以帮助理解受伤或功能失调的神经元中的轴突再生。微米级磁力驱动机器人那么，如何在体外实现神经网络呢？为了形成和控制细胞神经突的生长方式，各国科学家尝试了化学、物理和机械方法。机器人。目前，研究结果表明，磁力驱动的球形、螺旋形和毛刺形多孔球形微型机器人可以在体内或体外实现靶向细胞递送。但韩国研究团队表示：此前的研究主要集中在制作各种形状的微型机器人，以及在外部电源下将电池装载到微型机器人上。据我们所知，没有科学团体报告过使用微型机器人来调节神经突排列和神经连接。因此，他们设计了一种装载神经元的3D磁力驱动微型机器人，它可以通过外部磁场将神经网络精确地运送到两个神经簇之间的缝隙中，然后选择性地连接神经网络。同时，细胞外动作电位通过微型机器人携带的神经元从一个神经簇传输到另一个神经簇。论文称：我们设计的机器人具有可复制、可选择、连接精确等优点。上图A显示了两个神经簇之间神经网络的主动构建。这个过程主要依靠机器人内置的高密度多级阵列芯片，可以测量轴突信号传输。上图B主要展示了微型机器人的具体尺寸——高27μm，宽5μm，深2μm。可以看到，机器人的顶部有一个凹槽，侧面有翻转说明。C部分演示了使用基于双光子聚合(TPP)的3D激光光刻和镍（Ni，用于磁性）和二氧化钛（TiO2，用于生物相容性）层的沉积来制造机器人。D部分是机器人的扫描电子显微镜图像，可以看出机器人的尺寸为微米级。机器人培养神经元机器人设计好了，下一步就是尝试培养神经元。实验中：实验组为：小鼠脑神经细胞在机器人沟上的神经突生长；对照组为：小鼠脑神经细胞在玻璃基质（即平面）上的神经突生长。使用免疫荧光图像，科学家们显示了两组神经元突起数量的变化。结果显示：实验组（机器人）：细胞高度约为40μm；对照组（玻璃基质）：仅观察到少量细胞。神经突的厚度约为2-5μm，神经元胞体的厚度约为10-20μm。也就是说，使用机器人成功地培养了神经元，并且与对照组相比，神经突的生长对生存没有显着影响。根据研究团队的说法，微型机器人有潜力在2周内运输、培养神经元，并引导和连接神经突向所需方向生长。体外神经网络新突破该微型机器人在培养神经元的基础上构建神经网络，这一过程是通过在神经簇阵列上对机器人施加磁场来实现的。科学家们设计了一个由八个电磁线圈半球组成的线性堆叠，顶部装有电荷耦合器件(CCD)相机，以产生强度为20mT和1.2Hz的磁场。下图中，白色虚线框表示神经网络，红色虚线框表示机器人的目标点。事实上，要实现神经网络的主动连接，一个关键是将机器人上培养的神经元准确地转移定位到指定位置。虽然附着在机器人身上的细胞会增加额外的重量，可能会影响机器人的前进，但科学家们借助磁场实现了精确控制——精度在几十微米量级（误差幅度约为10%）).如上图所示，神经元在10秒内到达目标位置，并在1分钟内精确对齐连接网络所需的神经簇。不仅如此，科学家们还确定微型机器人的运行不会影响细胞的生存能力。至此，利用微型机器人培养神经元，形成物理和功能神经网络连接成为可能。对于未来的发展方向，研究团队表示：希望我们的研究成果能为先进的人工神经网络可控体外模型创造新的突破。我们也在用各种微型机器人建立复杂多样的联系，希望能增进人们的认识。对神经网络的理解。
