研究人员展示了灵活的大脑接口

由一组研究人员领导的新项目展示了如何将超薄、柔性神经接口植入大脑。该接口由成千上万个电极组成，可以使用六年以上。

结果于上个月发表在期刊科学转化医学上。研究团队包括杜克大学生物医学工程助理教授Jonathan Viventi；北西大学材料科学和工程、生物医学工程和神经外科的Louis Simpson和Kimberly Querrey教授John Rogers；以及纽约大学神经科学教授Bijan Pesaran。

大脑中传感器的挑战

Viventi谈到了在大脑中使传感器工作的困难。

“试图让这些传感器在大脑中工作，就像把你的可折叠、柔性的智能手机扔进海洋，然后期待它在70年后仍然能工作，”Viventi说。“除了我们正在制造的设备比当前市场上的手机更薄、更柔性。这就是挑战。”

在大脑中引入外来物体时会遇到许多困难。它们必须能够在腐蚀性、咸的环境中存在，并且周围的组织和免疫系统会攻击该物体。

当谈到电气设备时，困难会增加。大多数长期可植入的设备都用激光焊接的钛壳密封。

“为此类植入物建造防水、批量封闭代表了一级工程挑战，”Rogers说。“我们在这里报告了成功开发出提供类似隔离水平的材料，但使用的是比纸张薄100倍的薄、柔性膜。”

由于人类大脑的布局，空间和柔性性极为重要。人类大脑由数十亿个神经元组成，但现有的神经接口只能采样大约100个站点。这一特定挑战导致研究团队开发新的方法。

“您需要将电子设备移到传感器本身，并开发本地智能来处理多个传入信号，”Viventi说。“这就是数字相机的工作原理。您可以拥有数百万像素而无需数百万根电线，因为许多像素共享相同的数据通道。”

研究人员能够开发出25微米厚的柔性神经设备，包含360个电极。

“我们尝试了很多策略，但将聚合物沉积到所需的薄度会导致缺陷，使它们失败，而更厚的聚合物则没有所需的柔性，”Viventi说。“但我们终于找到了一个策略，它可以超越所有其他策略，现在我们已经使其在大脑中工作。”

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二氧化硅层

该论文展示了如何使用热生长的二氧化硅层，厚度不到一微米，可以帮助驯服大脑中的环境。降解率为每天0.46纳米，但小量可以溶解在体内而不会造成任何问题。

研究人员还展示了设备中的电极如何使用电容感应来检测神经活动。

这些新发展只是进一步推进这一技术的开始步骤。该团队现在正在将原型从1,000个电极增加到超过65,000个。

“我们的目标之一是创建一种新的视觉假肢，它直接与大脑交互，可以恢复至少部分视力能力，适用于损伤视神经的人，”Viventi说。“但我们也可以使用这些类型的设备来控制其他类型的假肢或在广泛的神经科学研究项目中。”