18、神经接口集成电路：神经化学记录与监测技术解析

神经接口集成电路：神经化学记录与监测技术解析

1. 神经化学记录简介

神经系统中的快速长距离通信通过沿神经元轴突传导至突触的动作电位实现。而在两个神经元之间的细胞外间隙，通信则通过神经递质的释放和摄取来介导。动作电位促使突触前神经元释放神经递质，这些递质向突触后神经元扩散并与特定蛋白质受体结合，引发目标神经元生理状态的改变，最终决定是否产生新的动作电位。

大脑中神经递质生理水平的异常变化与多种神经系统疾病相关，如阿尔茨海默病、帕金森病和癫痫等。许多神经活性物质，包括治疗药物和滥用药物，通过改变突触处的神经递质水平或模拟神经递质在突触后受体的作用来发挥效果。此外，神经系统的可塑性，即学习和记忆的基础，很大程度上源于化学突触的修饰。因此，要从根本上理解大脑功能，需要同时测量电活动和化学活动，以获得更全面的神经信号通路图像。

2. 化学监测方法

神经化学监测领域主要由微透析和伏安法主导，此外，光学探针和成像技术，如功能磁共振成像、正电子发射断层扫描和单光子发射计算机断层扫描等也有应用。

2.1 微透析

微透析的优势在于，其探针能从大脑中物理提取样本，因此可与诸如色谱法、电泳、荧光检测和质谱等高度灵敏和选择性的分析技术相结合。

2.2 伏安法

伏安法直接在大脑中电化学检测神经递质，在小探针的快速测量方面表现出色。电化学涉及电极与固体或液体样本之间的双向电荷转移，施加的电极电位为电子转移（即化学反应）提供能量。化学反应发生在电极表面或被探测样本体积内极短距离处，产生的电荷转移或电流与电活性神经递质的浓度成正比，并被测量。多巴胺、去甲肾上腺素、血清素、组胺和一氧化氮等重要神经递质具