北京脑科学与类脑研究所资深研卓越芯创科技有限公司究员、智冉医疗首创人方英领衔的科研团队乐成研制出一款兼具高通量信号收罗与生物力学顺应性的可拉伸柔性电极,,,,,,该手艺突破了脑机接口手艺中古板柔性电极在应对大脑动态运动时易移位、易脱出的焦点瓶颈,,,,,,为侵入式脑机接口手艺恒久稳固性提供了底层解决计划。。。。。。这项突破性效果于2月5日在国际学术期刊《NatureElectronics》揭晓。。。。。。

(图:高通量可拉伸柔性电极示意图)

(图:《Nature Electronics》官方宣布截图)
脑机接口通过在大脑和外部装备之间建设直接的信息交互通道,,,,,,有望实现人类智能与人工智能的深度融合。。。。。。全球主要国家和地区都在加速脑机接口工业结构,,,,,,我国亦将其纳入“十五五”妄想建议,,,,,,彰显国家层面临这一领域的高度重视。。。。。。而在脑机接口的手艺蹊径中,,,,,,侵入式蹊径因能实现大脑与机械之间直接、精准的信息交互,,,,,,被公以为是高带宽人机交互领域的最终偏向。。。。。。
马斯克开办的Neuralink公司作为侵入式脑机接口领域的先驱,,,,,,2024年头完成首例1024通道侵入式脑机接口的人体植入并一度引发惊动。。。。。。然而术后仅数周,,,,,,高达85%的柔性电极丝从该患者的脑组织中脱出,,,,,,引发国际社会对侵入式脑机接口手艺恒久稳固性的深度忧虑。。。。。。
而这起“事故”的泉源直指侵入式脑机接口的共性难题——古板柔性电极的线性结构设计无法实现有用的力学拉伸形变。。。。。。PT视讯(中国区)官网大脑并非静止不动,,,,,,它会随呼吸与心跳节律性地搏动;;;;;;;;而在身体运动的历程中,,,,,,柔软的脑组织会在颅腔内爆发位移和形变。。。。。。面临大脑的动态运动,,,,,,古板线性电极无法实时地顺应脑组织的转变,,,,,,因此容易爆发电极移位甚至从脑组织中脱出。。。。。。电极脱出不但会直接降低大脑神经信号收罗的数目与解码精度,,,,,,还可能引起脑组织炎症反应。。。。。。因此,,,,,,怎样研制如能够顺应大脑动态运动,,,,,,实现神经信号恒久稳固收罗的新型柔性电极手艺,,,,,,是侵入式脑机接口手艺临床应用亟待突破的要害手艺难题。。。。。。
高通量可拉伸柔性电极:侵入式脑机接口的最终路径
相比古板刚性电极,,,,,,柔性电极与脑组织的力学性能越发匹配,,,,,,能够极大提升植入器件的生物相容性,,,,,,是目今脑机接口行业公认的底层焦点手艺。。。。。。作为该领域的先驱,,,,,,方英团队曾在国际上率先证实了侵入式柔性电极能够在啮齿类动物体内实现长时程、高保真的神经元信号收罗。。。。。。但她对此研究效果有苏醒的熟悉:侵入式脑机接口的最终应用者是人类,,,,,,而灵长类动物(包括猕猴、人等)大脑的心理搏动与颅内位移幅度远远大于啮齿类动物。。。。。。这种量级上的差别意味着,,,,,,要在灵长类大脑中实现恒久稳固交互仍是目今脑机接口领域最具挑战性的科学难题。。。。。。
面临这一困扰行业的难题,,,,,,方英团队提出了一种新型的高通量“可拉伸”电极架构。。。。。。古板线性电极在受力时仅能依赖质料本体的拉伸形变,,,,,,极易触及应变极限;;;;;;;;而可拉伸电极通过应变解耦,,,,,,将拉伸负载转化为弯曲与扭转变形。。。。。。这种设计使用了柔性电子中薄膜结构极低的弯曲强度,,,,,,将拉伸应力指导至低能量势垒的失稳变形中。。。。。。得益于此,,,,,,电极在植入后能够动态追随大脑的搏动与颅内位移,,,,,,确保了电极在脑组织中的恒久稳固性。。。。。。

(视频:可拉伸柔性电极植入大脑后的动态运动效果)
“这款可拉伸电极在脑内也比古板线性电极越发柔软”方英研究员强调:Neuralink的线性电极拉伸100微米需施加4mN的力,,,,,,而这款可拉伸电极仅需37μN——仅为前者的1/100。。。。。。这意味着电极对脑组织的机械损伤更低,,,,,,从泉源上阻止了古板线性电极引发的免疫反应和胶质斑痕——其中,,,,,,胶质斑痕会导致电极周围神经元密度的降低,,,,,,最终使电极失去信号收罗能力。。。。。。
硬核验证:灵长类大脑中神经信号的稳固收罗!
为验证可拉伸柔性电极的植入可靠性与恒久稳固性,,,,,,研究团队以猕猴为试验工具开展了系统性的验证。。。。。。效果批注,,,,,,可拉伸柔性电极能够实现猕猴大脑中的恒久稳固纪录;;;;;;;;更具突破性的是,,,,,,在植入256通道该电极后,,,,,,团队乐成收罗到257个单神经元信号,,,,,,并实现了对大脑运动意图的高精度解码。。。。。。高神经元得率,,,,,,对侵入式脑机接口手艺的临床转化具有里程碑式的意义。。。。。。该手艺逻辑环环相扣:有用收罗大脑神经元信号是精准解码的条件,,,,,,而收罗到的信号数目直接决议了脑机接口手艺的解码精度,,,,,,进而影响脑机交互的焦点交互效能。。。。。。这意味着,,,,,,在电极通道数相同的情形下,,,,,,恒久维持高神经元得率能够一连捕获更多有用信号,,,,,,从而为患者带来更长期、更优质的临床获益。。。。。。

(图:可拉伸柔性电极恒久植入后与脑组织生物相容性界面)
为进一步验证该架构的大规模信号收罗能力,,,,,,团队在灵长类大脑中乐成植入了1024通道的高密度可拉伸柔性电极——这一规模与Neuralink的焦点指标持平,,,,,,并乐成收罗到大规模、高质量的神经元信号,,,,,,再度印证了可拉伸柔性电极的优异性能。。。。。。

(图:植入1024通道的可拉伸柔性电极后,,,,,,大脑中的神经元运动纪录)
全球领跑:智冉医疗稳坐侵入式脑机接口赛道“C位”
方英团队的这项倾覆性效果,,,,,,绝非仅为侵入式脑机接口的临床转化破局。。。。。。当视线穿透当下的手艺瓶颈望向未来,,,,,,数年之后,,,,,,侵入式脑机接口或将成为高通量人机交互的焦点支柱,,,,,,而可拉伸柔性电极的突破性意义,,,,,,也将在通俗人的一样平常生涯中愈发凸显。。。。。。
无妨构想这样一幅场景:侵入式脑机接口手艺已褪去前沿科技的神秘面纱,,,,,,周全融入一样平常。。。。。。一位热爱极限运动的喜欢者,,,,,,大脑中植入了以可拉伸柔性电极为焦点的脑机接口装备,,,,,,在山野间奔驰跳跃、在滑板上腾空翻转,,,,,,无需时刻担心大脑内的植入器件对行动造成滋扰,,,,,,更不必担心强烈运动带来的电极丝脱出与脑损伤。。。。。。这份从容,,,,,,源于该电极卓越的动态顺应性能——它能轻松遭受约10毫米的位移幅度,,,,,,即便遭遇意外碰撞,,,,,,也能稳稳锚定大脑目的区域,,,,,,一连、稳固地捕获神经元信号,,,,,,让人机交互在动态场景中始终坚持流通精准。。。。。。
这项焦点手艺的突破,,,,,,也一定将方英团结开办的「智冉医疗」——这家坚守焦点手艺自主立异、且已具备量产能力的中国企业,,,,,,推上侵入式脑机接口国际赛道的“C位”。。。。。。智冉医疗团队的这项研究效果,,,,,,精准呼应了国家“十五五”妄想对未来工业的前瞻结构,,,,,,为我国侵入式脑机接口手艺从实验室走向大规模临床应用扫清了要害障碍。。。。。。随着手艺迭代与临床落地稳步推进,,,,,,我国有望在全球侵入式脑机接口赛道抢占焦点话语权,,,,,,以手艺优势引领行业生长,,,,,,让这项前沿科技赋能全人类生长。。。。。。
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