美國的科學家們利用石墨烯和光來控制一隻機器狗，並發展出一種新穎的方法，能夠刺激和促進實驗室培育的人類腦類器官的成熟。來自加利福尼亞大學聖地亞哥分校桑福德幹細胞研究所的研究人員，運用一層厚度僅為一個原子的碳材料，提出一種名為石墨烯介導光刺激（Graphene-Mediated Optical Stimulation，簡稱 GraMOS）的方法。根據該研究所的兒科教授兼整合空間幹細胞軌道研究中心主任 Alysson Muotri 博士所言，這項技術具有生物相容性且不具侵入性，為腦部研究帶來了革命性的變化。他指出，該方法不需要進行基因改造，這使得它在促進自然腦部發展時更加安全且具可擴展性。
Muotri 博士進一步表示，透過這項技術，科學家們現在能夠在不改變腦類器官的基因組的情況下，加速其成熟，這將為疾病研究、腦機接口以及其他將活腦細胞與技術結合的系統開啟新的大門。腦類器官是源自幹細胞的三維人腦模型，對於研究阿茲海默症等神經系統疾病非常重要。然而，它們的成熟速度緩慢是主要的限制，這降低了它們在長期腦部疾病研究中的實用性。現有的刺激方法通常依賴於光遺傳學，這需要基因改造，或是直接的電流刺激，這可能會損傷微妙的神經組織或需要基因干預。
為了解決刺激方法緩慢和風險高的問題，研究團隊轉向了石墨烯獨特的光電特性，這使其能夠將光轉換為微妙的電信號，安全地促使神經元形成連接並更快速地成熟。這種刺激模擬了現實世界的感官輸入，支持腦部發展，無需侵入性的方法。NeurANO Bioscience 的首席執行官兼 GraMOS 發明者 Elena Molokanova 博士解釋了團隊如何促使神經元形成連接並加速成熟的過程。她表示，這就像是給予它們一個輕推，促使它們更快速地成長，這對於在實驗室中研究與年齡有關的疾病至關重要。
該技術的進步不僅為研究人員提供了一個可靠且可重複的方式來激活神經元，還可能徹底改變基礎神經科學及轉化研究。研究團隊將石墨烯介面的腦類器官連接到一隻配有傳感器的機器狗上，當機器狗檢測到障礙物時，便會發出信號來刺激腦類器官，從而產生神經反應，驅使機器狗改變方向，完成了在 50 毫秒內的完整感知-運動迴路。這種神經-生物混合系統的例子暗示了未來活腦細胞可以與機器進行接口的可能性，研究人員相信這可以應用於義肢、適應性機器人，甚至生物計算。
與人工晶片不同，腦類器官帶來了真正的神經可塑性，能夠從經驗中學習和適應。這也為將複雜的腦樣組織彼此連接，甚至與人類大腦連接鋪平了道路。Muotri 博士指出，能夠控制和加速腦類器官的生長，將可用於測試療法、組織工程、機器人技術和人工智能。這一切僅僅是個開始，他強調，石墨烯的多功能性與腦類器官生物學的結合可能重新定義神經科學的可能性，從理解大腦到創造全新的技術範式。該研究已發表在《自然通訊》期刊上。
