要理解大脑还有很长的路要走。许多问题仍未得到解答，但正在进行大量研究，例如美国前政府雄心勃勃的项目，巴拉克奥巴马称之为脑联盟，试图绘制每个神经元的活动以了解大脑回路。或欧盟的人脑项目，这项联合研究使科学家能够提高他们对神经科学的认识。研究人员试图解决改变大脑的最常见疾病的根本原因，但阿尔茨海默氏症是一种疾病，影响全球4400多万人，全球成本估计为6050亿美元，预计将达到1.35亿人。2050年，全球另有1000万人已患帕金森症。实验室和制药公司正在开发通过抑制剂和干细胞疗法帮助人们的方法，但尚未找到明确的解决方案，大多数专家认为这可能需要数年时间。

使用3D打印技术，研究人员开发出一种技术，可以帮助科学更好地理解大脑。去年四月，明尼苏达大学医学院神经科学系的一组研究人员为老鼠开发了一种独特的3D打印透明颅骨植入物，可以实时观察整个大脑表面的活动。这就像拥有一扇通往大脑的窗口，能够看到功能齐全的器官是如何工作的，是什么刺激、伤害和整体退化。这种名为See-Shell的创新设备可以为脑部疾病，如脑震荡、阿尔茨海默氏症和帕金森病提供新的见解，并将很快在商业上出售。

植入3D打印的See-Shell后6周和36周，小鼠的整个皮质表面。

数字化设计，形态逼真，透明的聚合物工程See-Shell头骨让研究人员能够看到小鼠大脑长时间运作的方式，即300天或更长时间，以及使用慢性成像，这为研究大脑提供了机会发展、可塑性、学习、疾病过程和新疗法的评估。为了实际制作头骨，研究人员首先从单个小鼠头骨上对表面进行数字扫描，该头骨作为模板使用CAD软件设计通用透明头骨。然后将该框架用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）3D打印，其上粘合有薄的，柔性的和透明的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜 - 选择PET作为其透明元件，因为该聚合物具有优异的光学性质并且是生物相容的。3D打印框架还包含螺丝孔，用于固定定制设计的钛制头板，用于在实验过程中对动物进行头部固定。一旦See-Shell完成，通过手术小心地移除了部分老鼠的头骨并用3D打印的植入物替换。研究人员使用具有表面轮廓分析能力的机器人来指导计算机数控（CNC）铣床进行开颅手术。

“我们要做的是看看我们是否可以在很长一段时间内对小鼠大脑表面的大部分区域（称为皮层）进行可视化和交互。这项研究的合著者明尼苏达大学机械工程助理教授说：“这项技术使我们能够以前所未有的控制和精确度观察大部分皮质，同时刺激大脑的某些部位。这将为我们提供有关人类大脑如何工作的新信息。”

对于小鼠的整体手术成功率为93.5％，植入See-Shells的实验室生物很容易进行各种行为，包括头部固定期间的行走和梳理。据研究小组介绍，他们使用See-Shell设备进行的首次研究之一是检查大脑某部分的轻微脑震荡如何影响大脑的其他部分，因为它在结构和功能上进行了重组。根据Kodandaramaiah的说法，“鼠脑在许多方面与人类大脑非常相似”，这种装置为类似的研究小鼠的大门打开了大门，这些小鼠正在研究影响人类的退行性脑部疾病，如阿尔茨海默氏症或帕金森病。

《自然通讯》杂志上刊登了一篇题为“透明聚合物头骨与大脑皮层的神经接口”的研究论文，该论文指出，See-Shells的设计和制造中的几个方面被广泛采用并具有高度的灵活性。See-Shells可使用桌面工具制造，价格低廉，每种不到20美元，一旦制造出单个组件，植入物可在15分钟内组装完成。因此，研究人员认为这是一个可以被大多数实验室轻易采用的工具。虽然颅骨植入物是为大脑背侧皮质开发的，其凸面相当规则，但这种设计可以针对多种颅骨形态进行修改。据负责该项目的科学家报道，未来版本的3D打印颅骨不仅可以覆盖大脑背侧皮质，还可以覆盖其他区域，包括嗅球、小脑和更多的外侧皮质区域，如听觉皮质。用于框架的3D打印的CAD文件也可供下载。

用于实验室小鼠的3D打印透明颅骨植入物

该开发的最重要方面之一是其透视结构，其允许在相同动物中长时间多尺度成像并且具有亚细胞分辨率。这将提供新的见解，例如物理结构和神经状态。此外，该技术使研究人员能够以前所未有的时间尺度和细节首次看到全球变化，例如小鼠大脑亮度的变化，这些变化对应于神经活动的打蜡和减弱，而微妙的闪光则被解释为全脑突然变得活跃起来。可能需要一些时间才能让专家了解所有这些意味着什么，然而，3D技术的应用确实开辟了一条新的方式来了解如何帮助大脑从疾病中恢复甚至阻止它们。

这项研究的合著者、明尼苏达大学神经科学系主任Timothy J.Ebner声称，这些研究“不可能在人类身上进行”，但它们对于理解大脑的工作方式非常重要，“因此我们可以改善那些经历过脑损伤或疾病的人的治疗方法。”在尝试成像实验之前，实验中使用的实验鼠从手术中恢复至少7天，并且在植入后，小鼠被允许在加热垫上恢复，直到可以走动，然后回到干净的家笼子里。在手术当天以及随后的三天内，他们都是在术后给予阿片类衍生物以帮助完全康复。

在明尼苏达大学创建的3D打印See-Shell设备

这不是明尼苏达大学研究人员第一次针对阿尔茨海默氏症，在过去的几年里，他们与创业公司RetiSpec合作，将早期检测阿尔茨海默氏症的技术商业化，已经确定了一个可用于开发新治疗方法以恢复的目标大脑神经元之间的通信和应用视网膜扫描技术，由大学药物设计中心（CDD）的研究人员开发，通过观察一个人的眼睛来诊断早期阿尔茨海默病。

科学家和研究人员在过去几年一直致力于使用3D打印开发新的脑损伤和疾病治疗方法。该技术可以大大有助于了解大脑的基本活动，并有助于为患者开发更好的解决方案。两年前，卧龙岗大学ARC电子材料科学卓越中心（ACES）的科学家们开始用人体诱导的多能干细胞（iPSCs）生物打印组织，这种干细胞能够分化成任何类型的成人。细胞，包括脑细胞，并且在未来，该团队计划3D打印脑细胞，产生多巴胺作为帕金森病的可能治疗方法。虽然哈佛大学的一个科学家团队甚至使用3D打印技术进行了一系列实验，模拟了人类大脑的生长和发育；俄克拉荷马州立大学的研究人员正在研究使用新材料和结构进行成功的神经组织生物打印。

该研究主要由美国国立卫生研究院（NIH）资助，并得到明尼苏达州明尼苏达州发现，研究和创新经济（MnDRIVE）资助的额外支持。虽然成像研究是通过大学成像中心的尖端成像基础设施实现的。虽然没有治愈阿尔茨海默病的方法，甚至没有办法阻止其神经元退化的进展，但研究人员正在通过他们的新颖设计打开一个全新的可能性世界，另一种方式3D打印被证明是一个适合某些年龄的理想定制解决方案，并最终可以帮助患有这种疾病的人改善他们的生活质量。