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1,024 通道微电极阵列经微创切口植入脑皮层,实现大范围多模态记录与刺激

Nature.com
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Summary2025年,Nature 子刊发表的一项研究展示了一种可扩展、高密度的皮层微电极阵列:1,024 通道的阵列通过颅骨与硬膜上的微小切口送入大脑皮层,能在猪模型和人类神经外科手术中同时完成电信号记录、刺激与神经解码,为大面积、高分辨率的脑机接口与神经调控打开了手术可行性的新路径。


2025年,发表于 Nature 系列期刊的一篇实验证明:一枚包含 1,024 个电极通道的高密度皮层微电极阵列,可以通过对颅骨与硬膜的极小切口送入大脑皮层,实现在大范围皮层上的多模态(记录 + 刺激)功能。研究团队在猪模型与人类神经外科患者中进行了可行性试验,展示了这套系统在空间覆盖、信号类别与手术创伤之间的折中优势。

这套阵列的设计重点在“可扩展性”和“微创性”。而不是传统那种需大面积开颅的网格电极,团队通过一个小切口将柔性阵列展开到皮层表面,阵列包含上千个微型电极,可同时捕获单神经元放电、局部场电位(LFP)以及更低频的群体活动。研究中描述的植入路径避开了大范围暴露脑表面的必要,从而明显减少了手术暴露时间和组织牵拉。

在猪模型实验中,作者将阵列部署在涵盖运动与感觉皮层的大面积区域,记录到的信号在空间上具备细粒度差异,电极既能作为神经活动的高分辨率探针,也能施加电刺激以诱发或调制局部皮层活动。论文指出,阵列支持双向功能:记录用于实时神经解码,刺激用于触发或校正神经回路,二者可结合实现闭环干预。

更具吸引力的是团队在临床场景下的初步演示:在人类神经外科手术的可及区域短时植入该阵列进行功能映射与信号记录,展示了在有限手术时间内获取跨区域神经活动和实施电刺激映射的能力。作者强调,这种方法并非替代所有现有电极,而是为需要在更大皮质面积上同时获得高通道数据的研究与临床应用(如复杂运动意图解码、大范围癫痫焦点定位或可扩展的脑机接口)提供了可行的手术路径。

论文也详细讨论了若干工程与临床挑战:包括长期植入的组织相容性、接触阻抗随时间的稳定性、随植入深度与铺展面积变化的信号质量,以及在临床环境下实现完全经皮或经导管无创化交付的必要改进。作者提出下一步要在更长期的动物模型中验证电极稳定性与刺激安全窗,并探索与神经解码算法的协同优化。

这项工作对年轻研究者与开发者的吸引力在于其技术路线的跨学科特征:微电子阵列工程、柔性材料学、立体导航的微创外科技术以及实时 AI 解码算法的结合,意味着未来脑机接口的通道数与功能复杂性可能再上一个台阶,同时手术负担不必线性增加。研究结论为大规模、高分辨率的神经记录与干预在临床转化上提供了新的手段与思路。

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