可拉伸高通量柔性电极实现关键突破 我国侵入式脑机接口迈向长期稳定新阶段

脑机接口技术作为神经科学与工程学交叉融合的前沿领域,正在成为全球科技竞争的新高地。

近日,我国科研团队在这一领域取得重要突破,成功研制出既能实现高通量信号采集、又具有生物力学顺应性的可拉伸柔性电极,为侵入式脑机接口的长期稳定性提供了系统解决方案。

当前,脑机接口技术主要分为非侵入式和侵入式两条技术路线。

其中侵入式路线因能实现大脑与机器之间直接、精准的信息交互,被学术界公认为高带宽人机交互的终极方向。

然而,这一技术路线长期面临一个共性难题——电极的长期稳定性难以保证。

国际上曾有知名企业在进行人体植入试验后,仅数周内就出现高达百分之八十五的柔性电极丝脱出现象,充分暴露了现有技术的局限性。

问题的根源在于人类大脑的动态特性。

大脑并非静止不动,而是随呼吸与心跳节律性地搏动,身体运动时脑组织会在颅腔内发生位移和形变。

传统线性结构的柔性电极无法实时顺应脑组织的这种动态变化,容易发生移位甚至脱出。

电极脱出不仅直接降低神经信号采集的数量与解码精度,还可能引发脑组织炎症反应,形成胶质斑痕,最终导致电极失去信号采集能力。

这一系列连锁反应严重制约了侵入式脑机接口的临床转化前景。

方英研究团队经过多年探索,提出了创新的高通量可拉伸电极架构。

与传统线性电极仅能依赖材料本体拉伸形变不同,新型可拉伸电极通过应变解耦设计,将拉伸负载转化为弯曲与扭转变形,利用薄膜结构极低的弯曲强度,将拉伸应力引导至低能量势垒的失稳变形中。

这一创新设计使得电极在植入后能够动态跟随大脑的搏动与颅内位移,有效维持长期稳定性。

同时,可拉伸电极在脑内比传统线性电极更加柔软,对脑组织的机械损伤更低,从根源上避免了传统电极引发的免疫反应和胶质斑痕形成。

这意味着电极周围神经元密度能够得到有效保护,信号采集能力得以长期维持。

该成果已在国际权威学术期刊《自然-电子学》发表,国际审稿人高度评价其在提升脑机接口性能方面的巨大潜力。

值得注意的是,方英团队早在二零一五年就在国际上率先证实了侵入式柔性电极能够在啮齿类动物大脑实现长时程、高保真的神经元信号采集。

然而,灵长类动物大脑的生理搏动与颅内位移幅度远远大于啮齿类动物,这种量级上的差异意味着在灵长类大脑中实现长期稳定交互仍是当前领域最具挑战性的科学难题。

此次突破正是基于对这一难题的深入理解和系统攻关。

从技术转化角度看,方英研究员于二零二二年创办的智冉医疗公司,正在推动新一代侵入式脑机接口技术的成果转化。

这表明我国在脑机接口领域不仅掌握了前沿基础理论,更在积极推进产业化应用,形成了从基础研究到技术转化的完整链条。

从实验室到手术台,科技创新始终以解决人类健康难题为终极目标。

这项研究不仅填补了脑机接口技术链的关键空白,更彰显了科研工作者“从0到1”的攻坚精神。

在老龄化社会与数字文明交汇的今天,中国科学家正以原创性突破,为全球脑科学进步注入强劲动能。