新型柔性面条状电极可提供无损伤的大脑活动记录

这些束无缝地融入脑组织的结构，而不伤害它。

这些面条状的附属物有可能彻底改变大脑记录和神经刺激。

图片来源：Yasar TB 等人，Nature Communications 2024 (CC BY 4.0)；修改的

苏黎世联邦理工学院的一个团队正在突破神经刺激和神经元记录技术所能实现的极限，这要归功于他们开发的超灵活电极束。与传统的电极不同，传统的电极在插入时可能会对脑组织造成一些损伤，而纤维可以无缝地融入树突丝网络中，不会造成任何伤害。 

电极是脑机接口（BCI）和深部脑刺激（DBS）设备的重要组成部分。在 DBS 中，类似起搏器的组件指示电极向大脑某个区域传送脉冲电流，以帮助缓解帕金森病和强迫症等疾病的症状。在脑机接口中，电极阵列记录大脑活动，然后由计算机系统将其转化为语音或运动等。也许最著名的 BCI 开发商是埃隆·马斯克 (Elon Musk) 的 Neuralink。 

Neuralink 的植入物使用了一种稍微灵活的探针，它是对更刚性的硅基探针的改进。其他人正在研究生物相容性更好的电极网。但十年前，当苏黎世联邦理工学院神经技术教授 Mehmet Fatih Yanik 首次想尝试大脑记录技术时，人们很快就意识到需要一种新的解决方案。

我总是告诉我的学生，有一天他们可能会把这个东西放进我的大脑中。

Yanik 告诉 Science-News.dev，他的实验室汇集了神经科学家和工程师，随着时间的推移，他们“构建了我们想要的技术”。通过结合他们的专业知识，该团队现在推出了一种全新类型的电极：意大利面条状的电极封装在聚合物中的极细金纤维束通过尽可能接近地重现您想要插入电极的组织的结构，您可以使插入尽可能轻柔，同时也最大限度地发挥电极的潜在应用。技术。

“如果你考虑一下神经元本身，细胞体大约有 20 微米、10 微米，”Yanik 告诉 Science-News.dev。 “然后你就有了这些几微米大小的树枝状乔木。当你尝试[插入]当今大多数现有技术，无论是硅技术还是聚合物技术时，会发生的情况是你基本上正在尝试穿过组织片段，并且你有这些分支，就像树枝一样。你所做的基本上就是把它砍掉。 ”

相比之下，意大利面条纤维可以融入这些“树枝”而不会造成损坏。

到目前为止，一切都很好。但对于如此精致和灵活的东西，完善插入过程需要花费大量时间：“如果你想进入大脑表面以下几毫米的地方，它们就会脱落，你知道吗？主要作者 Tansel Baran Yasar 与同事 Peter Gombkoto 和 Wolfger von der Behrens 花了几个月的时间来研究这个问题。 

事实证明，关键在于缓慢地插入捆扎物。博士后研究员 Angeliki D. Vavladeli 一直在继续分析插入对周围脑组织的影响，Yanik 告诉我们，“这看起来确实令人难以置信。 ”

“周围的组织非常健康，就像从那里的下一个神经元开始，你知道，没有任何垃圾层或任何东西。非常漂亮。 ”

在这项新研究中，研究小组在大鼠大脑中测试了四束 64 根纤维。电极连接到附着在老鼠头部的记录装置上，这样动物就可以在记录大脑活动的同时自由活动。他们演示了当探针非常接近神经细胞时，如何在长时间尺度上进行神经元记录并保持良好的信号质量。

理论上，未来的迭代中可以包含超过 64 根纤维，从而促进多个大脑区域甚至整个大脑网络的同时记录。 

“我们研究的一项重大工作目前集中在试图了解大脑如何表示信息[……]以及不同的大脑区域如何相互沟通，”雅尼克告诉 Science-News.dev。 

在 Eminhan Ozil 的领导下，该团队正在努力取得许多进一步的进展，他们希望设计电极触手，使其包含“条形码”，可以准确地告诉您信号来自哪个束到 60 微米的电极。分辨率——这意味着“你可以在皮层中分辨出你在哪个皮层层。 “还有计划尝试一次将更多的数据束插入大脑，目标是达到 3,000 个独立的记录通道——该项目目前正在由 Alexei Vyssotski 和 Houman Javaheri 领导的实验室中进行开发。” 

除了记录神经元活动之外，还可以将这些电极用作微创神经刺激器。 

很快，测试将需要从动物模型转移到人体。与伦敦大学学院合作者的一个项目已经在进行中，旨在试用电极作为接受癫痫脑部手术的患者的精确诊断工具。

Yanik 知道，作为研究负责人之一，他可能会亲身体验创新，因此他为团队做好了相应的准备。 

“我总是告诉我的学生，有一天他们可能会把这个东西放进我的大脑中，”亚尼克告诉 Science-News.dev。 “所以请确保它真的很好！ ”

该研究发表在《自然通讯》杂志上。