米兰官网-打破传统！科学家首次提出脑机接口“动态电极”—新闻—科学网

于脑机接口等神经接口体系中，电极是毗连电子装备及生物神经体系的焦点界面传感器，是脑机接口中“接口”的焦点地点。然而，当前植入式电极均是“静态”的，植入后只能“固定位置、局限收罗”，还有于免疫反映中“被动挨打”以致传导掉效，严峻制约了脑机接口的运用及将来成长。

9月17日23时，由中国科学院深圳进步前辈技能研究院刘志远、韩飞团队结合徐天添团队，以和东华年夜学严威团队，历经5年多协同攻关的研究结果于《天然》发表。研究团队乐成研发出了如头发丝般纤细、柔软可拉伸、可自由驱动的神经纤维电极——NeuroWorm（神经蠕虫）。该研究初次提出了脑机接口“动态电极”的新范式，打破了植入式电极的“静态”传统，为脑机接口电极的研究与运用斥地了新标的目的。深圳进步前辈院为该研究第一单元。

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植入式脑机接口电极开启“游走”模式

脑机接口分为非植入式、半植入式与全植入式，全植入式脑机接口技能因电极直接与神经元“对于话”，可实现其他方式没法企和的监测精度与更富厚的功效。然而，传统植入式电极植入后不仅没法动态调解植入位置，也没法对于周边情况做出相应性调解。

于2020年11月一次例会上，刘志远及课题构成员会商道：“从临床需求来看，假如咱们能开发出一种很是细、很是软、又能运动的多通道纤维电极，也许能解决当前电极范畴的不足。”

但想要获得这类电极并不是易事，不仅要降服多个技能难点，还有需要差别范畴的工程技能人材。那时，徐天添团队持久专注在磁驱动微型呆板人研究，于磁性质料制备和微纳呆板人切确操控方面堆集了富厚经验。

对于在传统柔性电极的“静态”特征以和其所致使的问题，刘志远于及徐天添切磋以后，两个课题组一拍即合，决议配合摸索怎样于柔性电极中引入微小磁性组件，并使用外部磁场实现电极植入后仍具有可调治、可运动的“动态”特征。

于该研究中，研究团队起首要解决的难题，即是怎样于一根直径约为200微米的纤维上，结构数十个自力的电极通道，这相称在于一根头发丝上拆分镌刻出数十根长度一致、相互不克不及交织的细线，还有要包管这根纤维充足柔软且可拉伸。

团队成员谢瑞杰此前制备出了厚度仅为数百纳米厚的超薄薄膜电极，于此基础上，他想到假如将薄膜“卷起来”，就能酿成微米标准的纤维。经由过程超薄柔性薄膜的制备、导电图案设计、软硬接口设计及制造等多个邃密步调，颠末五年攻关，研究团队终究制备出拥有沿着纤维长度标的目的自力漫衍的多达60个通道的、直径仅有196微米的柔软可拉伸纤维电极。

为了让制备的电极“动起来”，团队于电极的一端增长了微小的磁头，经由过程联合高精度磁控体系及即时影像追踪技能，使电极可以或许于体内自立调控进步标的目的，并能不变记载高质量的生物电旌旗灯号。如许的“动态电极”可以于兔子颅内“游走”，按照需要自动改换监测方针，研究团队给它定名为NeuroWorm——神经蠕虫。

不仅于年夜脑里“游走”，也于外周肌肉上“动起来”

研究团队暗示，NeuroWorm的降生不仅为脑机接口斥地了新路径，它的运用还有远不止在年夜脑。他们还有初次实现了电极于肌肉内的持久植入与不变事情。

与年夜脑比拟，外周肌肉于运动历程中会孕育发生更年夜幅度的形变及拉伸，对于电极的柔软性、经久性及旌旗灯号不变性提出了更高要求。NeuroWorm依附其微型化、可拉伸的布局上风，于肌肉内依然能慎密贴合构造，并连结高质量旌旗灯号收罗，为外骨骼节制、痊愈辅助以和一样平常情况中的人机协同提供了新可能。

团队使用微创植入技能，乐成实现了NeuroWorm电极于年夜鼠腿部肌肉内不变事情跨越43周。值患上存眷的是，电极植入13个月后，其周围形成的纤维包裹层厚度平均不足23微米，周围构造的细胞凋亡率与正常构造相称，揭示了优秀的持久生物相容性。比拟之下，传统不锈钢丝电极于不异前提下包裹层厚度跨越451微米，陪同显著的细胞凋亡反映。

与此同时，于外部磁场的操控下，NeuroWorm可于肌肉上外貌实现游走，可于植入后的一周内天天变换位置举行监测。

“研究历程中，咱们不仅要确保电极旌旗灯号传输的不变性、防水性，还有要确保精准节制电极于试验动物体内运动。于很长的一段时间里，咱们的年夜部门事情是不停地改良、调解、动物试验测试，终极获得切合要求的电极。”论文配合第一作者兼通信、深圳进步前辈院副研究员韩飞回忆。

“这一结果标记着生物电子学范畴的主要冲破，使传统的被动固定式植入电极初次迈向可自动节制、智能相应、与生物构造协同运动的全新阶段，为神经体系功效的持久动态监测提供了全新的技能路径。”论文配合通信作者、深圳进步前辈院研究员徐天添暗示。

多学科协同助推脑机接口成长

最近几年来，跟着人工智能、神经生物学、生物传感器与柔性电子等技能不停冲破，脑机接口技能已经再也不依靠单一学科的驱动，更需要AI、质料科学、电子工程、神经科学等多学科的深度交融与协同互助。

恰是于这一配景下，深圳进步前辈院经由过程整合院内多科学的气力，实现了“动态电极”的新范式冲破，同时结构推进柔性生物界面电极的财产化成长。

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此前，刘志远团队基在柔软可拉伸导电质料的技能堆集，率先实现了柔软可拉伸电极阵列的工程化量产，并经由过程了相干的二类医疗器械注检，运用于体表高密度肌电监测与刺激等场景中，测验考试代替传统的硬质不成拉伸电极阵列，并已经实现对于包括欧洲客户于内的电心理公司供货。

“只管咱们取患了一些运用冲破，又新提出了‘神经蠕虫’的理念，但电极植入后仍面对免疫排异及持久不变事情等挑战。怎样实现电极与人体构造的更好交融，提高旌旗灯号读取的精准度及不变性，是将来的主要研究标的目的。”论文配合通信作者、深圳进步前辈院研究员刘志远暗示，将来植入式电极还有需于驱动方式、速率节制、质料优化、功效集成、持久相容性等方面开展研究，需要全世界科学家的配合努力。

徐天添先容，研究团队初次将磁控驱动技能应用于植入式电极中，也为磁控微纳呆板人范畴带来名贵的经验及数据，有望运用在初期的植入式医疗装备中，为动态监测心理旌旗灯号提供新的解决方案。

据相识，该研究有望为纤维器件的制备提供新思三木SEO-绪，也为脑科学研究、神经调控、脑机接口、人机协划一范畴提供新的东西。将来，研究团队还有将继承于动态柔性电极及“活性”自动相应型柔性电极范畴举行深切研究，鞭策脑机接口技能的成长进程。

相干论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09344-w