來源：復旦大學附屬中山醫院
腦機接口（BCI）是神經科學、生物醫學、物理學等多項前沿技術的融合。植入式BCI被評為世界十大醫療創新技術之一，也是Nature發布的2024年值得關注的七項技術之一，因其能促進神經功能康復（讓癱瘓的患者行走、讓失語的患者講話）、實現精準的神經功能調控等一系列應用前景，在醫療領域的發展正突飛猛進。如何微創、精準、高效地獲得神經元信號并進行刺激和調控，是BCI技術中的一項關鍵科學問題。
近期，Nature雜志子刊Nature Communications在線發表了題為《血管內輸送用于記錄皮質脈沖活動的超柔性神經電極陣列》（Intravascular delivery of an ultraflexible neural electrode array for recordings of cortical spiking activity）的研究論文。該研究由復旦大學附屬中山醫院神經外科楊志剛醫師團隊與中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）趙鄭拓研究組共同完成。此研究首次實現了大動物模型上免開顱（血管內介入式）、多通道、單神經元活動的記錄，為未來腦機接口乃至神經界面應用和神經系統疾病的治療、康復提供全新的解決方案。
盡管顱內神經電極的發展取得了顯著進步，但現有的開顱植入電極的方式損傷比較大，存在加劇組織炎癥反應的風險，長期植入后還會因瘢痕導致信號衰減或調控不穩定。課題組改良的超柔性微電極則能夠克服上述問題，可長期穩定地記錄和調節大腦活動，而利用血管內介入路徑則較開顱植入有明顯的微創優勢。與現有的基于血管內介入植入的神經電極Stentrode等僅能測得神經元群體放電的場電位不同，本研究團隊的神經信號采集精度達到單個神經元細胞動作電位的水平。解決了現有開顱植入式BCI手術損傷大和介入式BCI信號精度低的痛點。
團隊通過改進設計和工藝，成功制備具有自主知識產權的長達50 cm的超柔性微電極，并探索和完善了適用于超柔性微電極的植入系統及手術范式，成功利用神經介入技術通過綿羊靜脈系統將電極植入到目標大腦皮層，術中成功采集到精確到單細胞的動作電位，單次手術獲得25個神經元信號。在此基礎上，團隊進一步評估了該全新植入策略的安全性，實驗綿羊在術后第2天就表現出了獨立直立行走的能力，術后第7天、第30天的MRI掃描結果，沒有觀察到組織損傷。
團隊還通過基于人類實體的硅膠血管模型，驗證了血管內電極植入裝置在運動皮層和腹側紋狀體等重要人類神經功能調控區域的植入可行性。
本研究工作首次實現了通過血管內介入的方式將超柔性電極穿刺植入腦組織的電極植入方法，避免傳統開顱手術電極植入方式手術損傷大和國際上現有的介入式植入方式信號精度低的不足，實現了微創多通道單細胞水平信號采集，為未來實現高質量神經信號交互，完成復雜外設控制與精細神經調控提供了全新的方案，較現有技術具有明顯優勢。
復旦大學附屬中山醫院神經外科楊志剛副主任醫師以及中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）趙鄭拓研究員、任馳副研究員為論文的通信作者，中國科學院神經科學研究所博士后王興昭為論文的第一作者。
