我国科学家开发出“神经蠕虫”：脑机接口“动态电极”大突破，能在脑子里“爬”

东苑

在脑机接口等神经接口系统中，电极是连接电子设备和生物神经系统的核心界面传感器，是脑机接口中“接口”的核心所在。然而，当前植入式电极均是“静态”的，植入后只能“固定位置、局限采集”，还在免疫反应中“被动挨打”乃至传导失效，严重制约了脑机接口的应用和未来发展。

9 月 17 日，由中国科学院深圳先进技术研究院刘志远、韩飞团队联合徐天添团队，以及东华大学严威团队，历经 5 年多协同攻关的研究成果在《自然》发表。

研究团队成功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）。该研究首次提出了脑机接口“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应用开辟了新方向。



在该研究中，研究团队首先要解决的难题，便是如何在一根直径约为 200 微米的纤维上，布局数十个独立的电极通道，这相当于在一根头发丝上拆分雕刻出数十根长度一致、彼此不能交叉的细线，还要保证这根纤维足够柔软且可拉伸。



▲ 放大镜视野下的 60 通道神经纤维电极
通过超薄柔性薄膜的制备、导电图案设计、软硬接口设计和制造等多个精细步骤，经过五年攻关，研究团队在郑海荣院士、李光林研究员的帮助下，终于制备出拥有沿着纤维长度方向独立分布的多达 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”，团队在电极的一端增加了微小的磁头，通过结合高精度磁控系统和即时影像追踪技术，使电极能够在体内自主调控前进方向，并能稳定记录高质量的生物电信号。这样的“动态电极”可以在兔子颅内“游走”，根据需要主动更换监测目标，研究团队给它命名为 NeuroWorm—— 神经蠕虫。



▲ “NeuroWorm”的设计、制造策略和演示
它的应用还远不止于大脑。研究团队还首次实现了电极在肌肉内的长期植入与稳定工作。团队利用微创植入技术，成功实现了 NeuroWorm 电极在大鼠腿部肌肉内稳定工作超过 43 周。在外部磁场的操控下，NeuroWorm 可在肌肉上表面实现游走，可在植入后的一周内每天变换位置进行监测。

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