電極陣列就與腦組織緊密契合，忠實記錄腦神經活動

 

 

以絲綢為載體的超薄電極陣列，植入大腦，粘附於腦組織表面，絲綢可自然分解

　　絲綢以柔軟輕薄著稱，科學家利用絲綢的這一特性設計出一種以絲綢為載體的超薄電極陣列，植入大腦，粘附於腦組織表面，絲綢自然分解後，電極陣列就與腦組織緊密契合，忠實記錄腦神經活動。

　　這種可延展、超薄的設計可以用於製造更好的腦機接口，腦機接口可用於記錄癱瘓病人的腦神經活動，並將其轉換為控制命令，用以控制假肢、計算機滑鼠鍵盤、機械手臂等，從而幫助那些肢體殘疾、脊髓損傷、中風、肌萎縮側索硬化，以及其他神經肌肉退化的病人，建立一個大腦與外界世界直接交互的新途徑，改善他們的生活質量。由於可以隨意彎折，而又非常纖薄，因此以絲綢為載體的腦機接口可以深入到以前無法到達的大腦區域。

　　這一研究成果發表於4月18日發行的《自然·材料》雜誌，賓夕法尼亞大學神經學家布萊恩·利特（Brian Litt）是這一研究的第二作者，他表示：「這一成果開創了一種全新類型的可植入醫療裝置，不僅可用於植入大腦，還可廣泛用於其它人體組織。」

　　研究團隊在絲綢薄膜上印刷電極陣列，然後將其植入大腦表面，並以生理鹽水沖洗。由於這種絲綢薄膜僅有2.5微米厚度，在構造和植入過程中必須粘附於平台上，否則可能會破碎。植入後絲綢薄膜自然分解，電極陣列就會牢牢包裹在腦組織上。

　　哥倫比亞大學生物醫學教授巴克萊·莫裡森（Barclay Morrison）指出：「由於能更好地使電極陣列粘附於大腦表面，這一新技術將顯著改善大腦記錄設備的功能。」

　　研究團隊發現，這種植入設備的外形與人腦模型的輪廓契合完美。研究人員使用貓腦進行實驗，發現植入貓腦視覺感應區域後，這種厚度僅有紙張的四十分之一的電極陣列能夠忠實地記錄神經活動，而且植入一個月後，沒有引起任何炎症之類的問題。由於這種超薄系統能夠與腦組織更緊密地結合，其接收信號的效果要好於固定形狀的電極陣列，普通電極陣列的厚度是這種新型裝置的30倍。

　　有些硅制的腦機接口在植入過程中需要穿刺腦組織，可能造成損傷，即使是放置於腦部表面的腦機接口也存在問題：這些電極往往放置得過寬，很難獲得高分辨率的神經信號，此外這類裝置往往引起大腦的免疫反應，降低其使用壽命。腦機接口通常使用很短時間就失靈，有時甚至只能維持幾個月，然後患者必須經歷多次手術更換裝置。莫裡森表示，這種新的系統能夠克服所有這些困難，帶來更先進的神經修補技術。

　　莫裡森還稱：「這種新裝置的潛力需要在長期的腦機接口研究中才能完全得到發揮。目前還沒有與腦組織契合度如此之高的腦機接口，新裝置能夠在很長一段時間內穩定地提供神經信號。」

　　科學家們計畫拓展該研究成果的適用範圍，使用這種完全可分解的植入電極監控、刺激組織生長。此外新裝置可以折疊，由頭蓋骨上的小孔進入，簡化手術難度並使患者更容易恢復。科學家們還希望將這種技術用於視網膜和耳蝸植入設備，從而治療各種神經和精神疾病。