北京腦科學(xué)與類腦研究所資深研究員、智冉醫(yī)療創(chuàng)始人方英領(lǐng)銜的科研團隊成功研制出一款兼具高通量信號采集與生物力學(xué)順應(yīng)性的可拉伸柔性電極，該技術(shù)打破了腦機接口技術(shù)中傳統(tǒng)柔性電極在應(yīng)對大腦動態(tài)運動時易移位、易脫出的核心瓶頸，為侵入式腦機接口技術(shù)長期穩(wěn)定性提供了底層解決方案。這項突破性成果于2月5日在國際學(xué)術(shù)期刊

Nature Electronics上

圖1：高通量可拉伸柔性電極示意圖

腦機接口通過在大腦和外部設(shè)備之間建立直接的信息交互通道，有望實現(xiàn)人類智能與人工智能的深度融合。全球主要國家和地區(qū)都在加快腦機接口產(chǎn)業(yè)布局，我國亦將其納入“十五五”規(guī)劃建議，彰顯國家層面對這一領(lǐng)域的高度重視。而在腦機接口的技術(shù)路線中，侵入式路線因能實現(xiàn)大腦與機器之間直接、精準的信息交互，被公認為是高帶寬人機交互領(lǐng)域的終極方向。

馬斯克創(chuàng)辦的Neuralink公司作為侵入式腦機接口領(lǐng)域的先驅(qū)，2024年初完成首例1024通道侵入式腦機接口的人體植入，一度引發(fā)轟動。然而術(shù)后僅數(shù)周，高達85%的柔性電極絲從該患者的腦組織中脫出，引發(fā)國際社會對侵入式腦機接口技術(shù)長期穩(wěn)定性的深度憂慮。

圖2：《華爾街日報》等媒體曾報道Neuralink電極脫出事件

而這起“事故”的根源直指侵入式腦機接口的共性難題——傳統(tǒng)柔性電極的線性結(jié)構(gòu)設(shè)計無法實現(xiàn)有效的力學(xué)拉伸形變。我們的大腦并非靜止不動，它會隨呼吸與心跳節(jié)律性地搏動；而在身體運動的過程中，柔軟的腦組織會在顱腔內(nèi)發(fā)生位移和形變。面對大腦的動態(tài)運動，傳統(tǒng)線性電極無法實時地順應(yīng)腦組織的變化，因此容易發(fā)生電極移位甚至從腦組織中脫出。電極脫出不僅會直接降低大腦神經(jīng)信號采集的數(shù)量與解碼精度，還可能引起腦組織炎癥反應(yīng)。因此，如何研制如能夠適應(yīng)大腦動態(tài)運動，實現(xiàn)神經(jīng)信號長期穩(wěn)定采集的新型柔性電極技術(shù)，是侵入式腦機接口技術(shù)臨床應(yīng)用亟待突破的關(guān)鍵技術(shù)難題。

高通量可拉伸柔性電極：

侵入式腦機接口的終極路徑

相比傳統(tǒng)剛性電極，柔性電極與腦組織的力學(xué)性能更加匹配，能夠極大提升植入器件的生物相容性，是當前腦機接口行業(yè)公認的底層核心技術(shù)。作為該領(lǐng)域的先驅(qū)，方英團隊曾在國際上率先證實了侵入式柔性電極能夠在嚙齒類動物體內(nèi)實現(xiàn)長時程、高保真的神經(jīng)元信號采集。但她對此研究結(jié)果有清醒的認識：侵入式腦機接口的終極應(yīng)用者是人類，而靈長類動物（包括獼猴、人等）大腦的生理搏動與顱內(nèi)位移幅度遠遠大于嚙齒類動物。這種量級上的差異意味著，要在靈長類大腦中實現(xiàn)長期穩(wěn)定交互仍是當前腦機接口領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)難題。

面對這一困擾行業(yè)的難題，方英團隊提出了一種新型的高通量“可拉伸”電極架構(gòu)。傳統(tǒng)線性電極在受力時僅能依賴材料本體的拉伸形變，極易觸及應(yīng)變極限；而可拉伸電極通過應(yīng)變解耦，將拉伸負載轉(zhuǎn)化為彎曲與扭轉(zhuǎn)變形。這種設(shè)計利用了柔性電子中薄膜結(jié)構(gòu)極低的彎曲強度，將拉伸應(yīng)力引導(dǎo)至低能量勢壘的失穩(wěn)變形中。得益于此，電極在植入后能夠動態(tài)跟隨大腦的搏動與顱內(nèi)位移，確保了電極在腦組織中的長期穩(wěn)定性。

可拉伸柔性電極植入大腦后的動態(tài)運動效果

“這款可拉伸電極在腦內(nèi)也比傳統(tǒng)線性電極更加柔軟?！狈接⒀芯繂T強調(diào)，“Neuralink的線性電極拉伸100微米需施加4mN的力，而這款可拉伸電極僅需37μN——僅為前者的1/100。這意味著電極對腦組織的機械損傷更低，從根源上避免了傳統(tǒng)線性電極引發(fā)的免疫反應(yīng)和膠質(zhì)斑痕——其中，膠質(zhì)斑痕會導(dǎo)致電極周圍神經(jīng)元密度的降低，最終使電極失去信號采集能力?！?/p>

硬核驗證：

靈長類大腦中神經(jīng)信號的穩(wěn)定采集！

為驗證可拉伸柔性電極的植入可靠性與長期穩(wěn)定性，研究團隊以獼猴為試驗對象開展了系統(tǒng)性的驗證。結(jié)果表明，可拉伸柔性電極能夠?qū)崿F(xiàn)獼猴大腦中的長期穩(wěn)定記錄；更具突破性的是，在植入256通道該電極后，團隊成功采集到257個單神經(jīng)元信號，并實現(xiàn)了對大腦運動意圖的高精度解碼。高神經(jīng)元得率，對侵入式腦機接口技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化具有里程碑式的意義。該技術(shù)邏輯環(huán)環(huán)相扣：有效采集大腦神經(jīng)元信號是精準解碼的前提，而采集到的信號數(shù)量直接決定了腦機接口技術(shù)的解碼精度，進而影響腦機交互的核心交互效能。這意味著，在電極通道數(shù)相同的情況下，長期維持高神經(jīng)元得率能夠持續(xù)捕獲更多有效信號，從而為患者帶來更持久、更優(yōu)質(zhì)的臨床獲益。

圖3：可拉伸柔性電極長期植入后與腦組織生物相容性界面

為進一步驗證該架構(gòu)的大規(guī)模信號采集能力，團隊在靈長類大腦中成功植入了1024通道的高密度可拉伸柔性電極——這一規(guī)模與Neuralink的核心指標持平，并成功采集到大規(guī)模、高質(zhì)量的神經(jīng)元信號，再度印證了可拉伸柔性電極的優(yōu)異性能。

圖4：植入1024通道的可拉伸柔性電極后，大腦中的神經(jīng)元活動記錄

全球領(lǐng)跑：

智冉穩(wěn)坐侵入式腦機接口賽道“C位”

方英團隊的這項顛覆性成果 ，絕非僅為侵入式腦機接口的臨床轉(zhuǎn)化破局。當視線穿透當下的技術(shù)瓶頸望向未來，數(shù)年之后，侵入式腦機接口或?qū)⒊蔀楦咄咳藱C交互的核心支柱，而可拉伸柔性電極的突破性意義，也將在普通人的日常生活中愈發(fā)凸顯。

不妨構(gòu)想這樣一幅場景：侵入式腦機接口技術(shù)已褪去前沿科技的神秘面紗，全面融入日常。一位熱愛極限運動的愛好者，大腦中植入了以可拉伸柔性電極為核心的腦機接口設(shè)備，在山野間奔跑跳躍，在滑板上騰空翻轉(zhuǎn)，無需時刻擔心大腦內(nèi)的植入器件對動作造成干擾，更不必擔憂劇烈運動帶來的電極絲脫出與腦損傷。這份從容，源于該電極卓越的動態(tài)順應(yīng)性能——它能輕松承受約10毫米的位移幅度，即便遭遇意外碰撞，也能穩(wěn)穩(wěn)錨定大腦目標區(qū)域，持續(xù)、穩(wěn)定地捕捉神經(jīng)元信號，讓人機交互在動態(tài)場景中始終保持流暢精準。

這項核心技術(shù)的突破，也必然將方英聯(lián)合創(chuàng)辦的「智冉醫(yī)療」——這家堅守核心技術(shù)自主創(chuàng)新，且已具備量產(chǎn)能力的中國企業(yè)，推上侵入式腦機接口國際賽道的“C位”。智冉醫(yī)療團隊的這項研究成果，精準呼應(yīng)了國家對未來產(chǎn)業(yè)的前瞻布局，為我國侵入式腦機接口技術(shù)從實驗室走向大規(guī)模臨床應(yīng)用掃清了關(guān)鍵障礙。隨著技術(shù)迭代與臨床落地穩(wěn)步推進，我國有望在全球侵入式腦機接口賽道搶占核心話語權(quán)，以技術(shù)優(yōu)勢引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，讓這項前沿科技賦能全人類發(fā)展。

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