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加州大学洛杉矶分校化学家的新探针配备了生物传感器，旨在追踪特定的神经递质，如血清素。

该探头足够灵活，可以在研究对象移动和进行日常活动时监测他们的大脑。

持续测量神经递质的能力将提高我们对这些化学物质如何影响心理状态的理解。

任何熟悉百忧解或安非他酮等抗抑郁药的人都知道，这些药物可以提高大脑中血清素和多巴胺等神经递质的水平，而这些递质在情绪和行为中起着重要作用。

令人惊讶的是，科学家们仍然对神经递质(将信息从一个脑细胞传递到另一个脑细胞的化学物质)与我们的心理状态之间的具体关系知之甚少。简单地说，监测活体大脑中这些神经化学物质的波动已被证明是一个持久的挑战。

现在，加州大学洛杉矶分校的科学家第一次将纳米级生化传感器连接到一个柔软的、可植入的大脑探针上，以识别特定的神经递质，以便实时持续监测这些化学物质。发表在《ACS传感器》杂志上的一篇论文描述了这种新的大脑探测器，它将允许科学家在实验室动物的日常活动中追踪神经递质，最终追踪人类。

这篇论文的通讯作者、加州大学洛杉矶分校精神病学和生物行为科学教授、化学和生物化学教授安妮·安德鲁斯(Anne Andrews)说，能够长时间以高分辨率连续测量神经递质，将更准确地了解血清素、多巴胺和其他神经递质是如何影响心理状态的，可能会为抑郁症和其他精神健康障碍带来更有效的治疗方法。

“我们知道血清素和多巴胺与抑郁症的一些行为方面有关，但原因很复杂，不像单一递质水平低那么简单，”安德鲁斯说，他也是加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所和哈托斯神经药理学中心的成员。“我们认为这种类型的软探针将有助于研究实验动物的长期大脑过程，特别是精神疾病的过程。”

这种柔软的探针相对于传统的大脑探针来说是一个重大进步，传统的大脑探针的硬度会随着头部的每一次运动而刺激脑组织，导致炎症，这往往会破坏探针的读取和记录能力。研究人员说，这种柔软探针的灵活性将允许个体在被监测时自由移动。

软探头的设计与测试

研究小组在聚酰亚胺的基础上制作了这种小箭头形状的探针，宽约0.15毫米，厚约0.007毫米。聚酰亚胺是一种坚固而灵活的聚合物，经常用于导管等医用导管和其他插入体内的医疗设备。

连接在探针尖端的两个传感器检测一种特定神经递质的存在——在这种情况下是血清素——使用一种被称为适体的工程DNA链，这种适体的设计使血清素分子能像钥匙插在锁上一样插入它们。当血清素附着时，适体改变形状，改变晶体管表面的电场，将信息传递给科学家。

然后，该软探针被植入第一作者赵传珍(Chuanzhen Zhao)的大脑模型中，该模型模仿了自然脑组织的结构和化学性质。赵在加州大学洛杉矶分校获得了化学和生物化学博士学位，现在是斯坦福大学的博士后学者，他在探测器附近的模型中注射了5 -羟色胺，发现探测器的传感器成功地检测到低水平的5 -羟色胺，类似于在活体大脑中发生的情况。

虽然目前的研究针对的是血清素，但安德鲁斯指出，研究人员可以很容易地在软探针上放置额外的神经递质特异性传感器——她的团队已经开发出了这种传感器，使科学家能够同时检测多种神经递质。虽然该探针尚未在活体大脑中进行测试，但它能够监测几种神经递质，再加上探针的灵活性和使用寿命，最终可能会为科学家长期研究动物大脑过程提供帮助。

“例如，如果我们想研究动物在学习一项任务或衰老过程中大脑中发生了什么，我们的传感器可以在很长一段时间内提供多种神经化学测量，”她说。

研究人员表示，这种软探针还可能被用于帮助改善脑深部刺激疗法，这种疗法是将电极植入大脑，调节帕金森症和癫痫等疾病的神经电放电，以及受基质刚性阻碍的脑机接口。

赵和安德鲁斯最近在聚酰亚胺上使用了类似的适体场效应晶体管生物传感器，通过智能手表监测人们汗液中压力激素皮质醇的水平。

这项研究的合著者是在加州大学洛杉矶分校获得工程学博士学位的满天星;加州大学洛杉矶分校研究生曹燕;保罗·韦斯是加州大学洛杉矶分校学院化学和生物化学教授，也是加州大学洛杉矶分校塞缪尔利工程学院材料科学与工程教授;以及加州大学洛杉矶分校塞缪尔利学院化学和生物分子工程学教授哈罗德·蒙布奎特。

标签:抑郁症|神经科学|生物工程|心理学|研究|化学

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。