追蹤腦部化學物質，觀察藥物起效
研究人員將無線晶片植入迷你豬的前額葉皮質，在動物接受治療阿茲海默症的藥物多奈哌齊後，追蹤到一種與記憶相關的化學物質濃度上升。訊號隨後逐漸回到起始水準，讓研究人員能連續觀察腦部對藥物的化學反應。
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這項研究由 KAIST 機械工程系教授張慶仁領導，整合乙醯膽鹼感測器、微型光源和無線量測電子元件。研究目的是協助科學家即時追蹤特定腦區內的變化，而非等待稍後採樣，或主要透過行為變化評估藥物效果。
研究結果於 2026 年 10 月 14 日刊登在 Cell Press 出版的期刊《Device》。KAIST 於 10 月 27 日公布這項研究。合作機構包括大邱慶北科學技術院（DGIST）、韓國腦研究院（KBRI）和韓國生物科學與生物技術研究院（KRIBB）。
實驗測量的是動物腦部的化學反應。要評估對患者的效益，仍需進一步研究，包括測試植入物能否長期維持安全，並持續提供可靠的量測結果。
研究人員為何追蹤乙醯膽鹼
乙醯膽鹼是一種神經傳導物質，也就是在神經細胞之間傳遞資訊的化學信使。它有助於學習和記憶，因此是研究藥物如何影響這些功能的重要對象。
多奈哌齊作用於乙醯膽鹼酯酶，這種酵素會分解乙醯膽鹼。藉由抑制該酵素，藥物能讓這種化學信使維持活性更久。服藥後追蹤乙醯膽鹼，可讓研究人員觀察腦內這個過程的一部分。
研究團隊選擇前額葉皮質作為研究區域，這個腦區與判斷、注意力和記憶有關。植入晶片並給予多奈哌齊後，研究人員記錄到乙醯膽鹼訊號上升，接著逐漸回到基線，也就是治療前記錄的水準。
追蹤訊號的變化很有用，因為藥物的作用會隨時間發展。單一時間點的量測可能只捕捉到訊號上升或回落，而連續記錄則能呈現各階段如何依序發生。
連續無線量測帶來的改變
研究人員常透過記憶測驗、行為或影像檢查，評估治療腦部疾病的藥物。這些方法回答的問題，與直接置於腦區內的感測器不同：它們可以追蹤表現或整體活動，而晶片則追蹤植入位置的特定化學反應。
直接採集腦部液體，每次可能需要數分鐘或更久。研究人員使用新裝置逐秒追蹤變化，為短時間內變動的訊號提供更詳盡的記錄。
微型電路會處理量測資料，並透過藍牙傳送至外部裝置。研究人員因此能接收讀數，無須用資料線將動物連接到記錄設備。
研究使用迷你豬，因為牠們的腦部大小和結構比囓齒類動物更接近人類。KRIBB 提供動物並協助外科手術，為這部分研究提供所需設施和專業知識。
晶片如何將化學反應轉化為可讀訊號
乙醯膽鹼必須轉換成晶片電子元件可以量測的訊號。感測器利用酵素引發化學反應，產生過氧化氫，再由電極將這種反應產物轉換為電流。
感測層結合多孔幾丁聚醣，以及極薄的銀和鉑奈米線。幾丁聚醣是一種可從蝦、蟹等甲殼類動物的外殼取得的材料。它有許多細小孔隙，提供廣大的表面，讓檢測用酵素附著。
奈米線有助於將反應過程中產生的過氧化氫轉換為電訊號。多孔材料與導電線材共同作用，將腦內的化學變化轉換成電子設備可以記錄的量測結果。
腦部其他分子也可能在電極上產生訊號。為減少這種干擾，這支薄型探針的一側設有覆有酵素的電極，另一側則設有未覆酵素的電極。
系統會比對兩側讀數，並扣除兩者共有的訊號，藉此協助分辨乙醯膽鹼相關變化與背景化學活動。接著，量測結果會經由小型電路處理，再傳送至動物體外。
另一項小鼠實驗測試光刺激
晶片還搭載微型發光二極體（micro-LED），可在腦內照射光線。研究人員另以基因轉殖小鼠測試這項元件，KBRI 協助進行手術和實驗。
這些小鼠的神經細胞經過基因工程改造，可對光線產生反應。這種名為光遺傳學的技術，讓科學家能以光線活化特定細胞，不必只依賴電刺激。
研究人員啟動晶片的光源後，記錄到乙醯膽鹼訊號上升。這顯示同一裝置既能提供刺激，也能偵測相關的化學反應。
因此，這項研究包含兩個不同的實驗步驟：追蹤迷你豬對多奈哌齊的反應，以及追蹤基因改造小鼠對光線的反應。兩項實驗分別測試整合裝置的不同功能。
腦部量測能否引導下一次刺激？
張慶仁及其同事認為，結合感測與刺激功能，可作為閉迴路神經介面的起點。簡單來說，這種系統會先量測反應，再依據結果決定下一步行動。
未來版本或許能在刺激後偵測化學變化，再調整下一次刺激的時間或強度。將感測器和光源整合在同一裝置中，便能用來研究這個過程。
領導這項研究並擔任論文通訊作者的 KAIST 教授張慶仁說明研究目標：
這項研究為監測腦部變化，並根據腦部反應調整刺激的技術奠定基礎，
目前的研究為這種方法提供實驗基礎。若要開發能可靠地依據腦部訊號變化選擇並施加刺激的系統，仍需進一步測試。
這項裝置如何協助藥物研究
研究人員可利用連續乙醯膽鹼記錄，比較不同藥物劑量或不同給藥間隔後的變化。他們不只能記錄訊號是否上升，還能分析訊號何時上升、如何變化，以及何時回到接近起始水準。
這些量測有助於將治療時程與特定腦區的化學反應連結起來。研究人員也可在探討藥物作用時，將這些資料與行為測驗及其他量測結果一併考量。
這項研究留下若干待解決的實務問題，包括長期植入的安全性，以及讀數能否隨時間維持穩定。對於比較相隔數天或數週進行的實驗，感測器必須持續提供足夠一致的量測結果，才能讓比較具有參考價值。
對阿茲海默症患者而言，這項新進展目前是一種研究工具。用於人體前仍需進一步驗證，研究團隊也尚未公布人體試驗的日期。
論文發表、合作與商業化
這項研究結合了韓國四所機構在工程、化學感測和動物實驗方面的專業。DGIST 研究人員孫知恩、吳世赫和河正大為共同第一作者，張慶仁則擔任通訊作者，負責論文相關聯繫。
論文發表和研究公布的時間如下：
- 2026 年 10 月 14 日：《Device》刊登這項植入式晶片及其動物實驗研究。
- 2026 年 10 月 27 日：KAIST 公布研究成果及後續開發計畫。
論文題為「用於監測膽鹼能藥理反應的電化學感測與光遺傳刺激植入式神經晶片」。DOI 為 10.1016/j.device.2026.101329。標題中的「電化學感測」是指將化學反應轉換為電性量測；「膽鹼能」則指涉及乙醯膽鹼的訊號傳遞。
研究團隊計畫透過 N-Side Inc. 推動商業化。這家由張慶仁領導、由教職員創立的新創公司，將致力於後續發展。要把實驗裝置轉化為可靠的研究產品，仍須處理實驗室中同樣重要的問題：安全植入，以及維持可靠的量測結果。
重點摘要
- 由 KAIST 領導的研究團隊使用植入式無線晶片，追蹤迷你豬接受多奈哌齊後的乙醯膽鹼訊號。
- 治療後訊號上升，接著逐漸回到起始水準。
- 裝置整合化學感測、微型光源和藍牙傳輸功能。
- 另一項基因改造小鼠實驗記錄到光刺激後乙醯膽鹼訊號上升。
- 潛在用途包括比較藥物反應，以及開發能依據量測到的腦部活動調整刺激的技術。
- 用於人體前，仍須進一步評估長期植入的安全性及量測穩定性。
