我國科研團隊成功研制出既可高通量採集信號、又具有生物力學順應性的可拉伸柔性電極，成功破解了傳統柔性電極在應對大腦動態運動時易移位、易脫出這一國際性難題，為侵入式腦機接口技術的長期穩定性提供了底層解決方案。

該成果由北京腦科學與類腦研究所資深研究員、智冉醫療創始人兼首席科學家方英團隊完成，相關論文2月5日在國際學術期刊《自然-電子學》（《Nature Electronics》）發表。

“這項工作攻克了生物電子器件在腦內植入的一系列核心問題，包括有效解決了由於腦組織在顱內的大幅運動引起的電極移位及炎症反應，最大程度降低了對腦組織的植入損傷，並顯著縮短了手術操作時間。該研究展示了從柔性電極設計、植入方法到在體驗証的系統研究，其成果令人贊賞。”雜志審稿人認為，“該工作提出了一種新型的超柔性神經電極陣列技術，為應對大規模、長期神經接口的挑戰提供了新的解決方案，充分展現了其在提升腦機接口性能方面的巨大潛力。”

方英長期致力於腦機接口前沿技術研究，並於2022年創辦了智冉醫療、推動新一代侵入式腦機接口技術成果轉化。

據她介紹，目前腦機接口技術主要包括非侵入式和侵入式兩種路線，其中侵入式路線因能實現大腦與機器之間直接、精准的信息交互，被認為是高帶寬人機交互領域的終極方向。

Neuralink公司曾於2024年初完成首例1024通道侵入式腦機接口的人體植入。然而術后僅數周，高達85%的柔性電極絲從該患者的腦組織中脫出，暴露了侵入式腦機接口技術長期穩定性的隱憂。

方英認為，上述事故源自侵入式腦機接口面臨的共性難題——傳統柔性電極的線性結構設計無法實現有效的力學拉伸形變。

“人類大腦並非靜止不動，它會隨呼吸與心跳節律性地搏動。在身體運動的過程中，柔軟的腦組織會在顱腔內發生位移和形變。”方英告訴記者，面對大腦的動態運動，傳統線性電極無法實時地順應腦組織的變化，因此容易發生電極移位甚至從腦組織中脫出。電極脫出不僅會直接降低大腦神經信號採集的數量與解碼精度，還可能引發腦組織炎症反應。“因此，研制能夠適應大腦動態運動，實現神經信號長期穩定採集的新型柔性電極技術，是侵入式腦機接口技術臨床應用突破的關鍵。”

相比傳統剛性電極，柔性電極與腦組織的力學性能更加匹配，能夠極大提升植入器件的生物相容性，是當前腦機接口的底層核心技術。2015年6月，方英團隊與合作者在國際上率先証實了侵入式柔性電極能夠在嚙齒類動物大腦實現長時程、高保真的神經元信號採集。

“侵入式腦機接口的終極應用者是人類，而靈長類動物大腦的生理搏動與顱內位移幅度遠遠大於嚙齒類動物。”方英說，這種量級上的差異意味著在靈長類大腦中實現長期穩定交互，仍是當前腦機接口領域最具挑戰性的科學難題之一。

為此，方英團隊經過多年探索，提出了一種新型的高通量“可拉伸”電極架構。“傳統線性電極在受力時僅能依賴材料本體的拉伸形變，極易觸及應變極限。”她介紹說，可拉伸電極通過應變解耦，可將拉伸負載轉化為彎曲與扭轉變形。這種設計利用了柔性電子中薄膜結構極低的彎曲強度，將拉伸應力引導至低能量勢壘的失穩變形中。“我們的研究表明，可拉伸電極在植入后能夠動態跟隨大腦的搏動與顱內位移，可有效維持電極在腦組織中的長期穩定性。”

據該論文第一作者方潤九介紹，這款可拉伸電極在腦內也比傳統線性電極更加柔軟，對腦組織的機械損傷更低，從根源上避免了傳統線性電極引發的免疫反應和膠質斑痕。其中，膠質斑痕會導致電極周圍神經元密度的降低，最終使電極失去信號採集能力。

為驗証可拉伸柔性電極的植入可靠性與長期穩定性，研究團隊以獼猴為試驗對象開展了系統性驗証。結果表明，可拉伸柔性電極能夠實現獼猴大腦中的長期穩定記錄。更具突破性的是，在植入256通道該電極后，團隊成功採集到257個單神經元信號，並實現了對大腦運動意圖的高精度解碼。

“高神經元得率，對侵入式腦機接口技術的臨床轉化意義重大。” 方英表示，有效採集大腦神經元信號是精准解碼的前提，採集到的信號數量直接決定了腦機接口技術的解碼精度，進而影響腦機交互的核心交互效能。“在電極通道數相同的情況下，長期維持高神經元得率能夠持續捕獲更多有效信號，從而為患者帶來更持久、更優質的臨床獲益。”

為進一步驗証該架構的大規模信號採集能力，方英團隊在獼猴的大腦中成功植入與Neuralink的核心指標持平的1024通道的高密度可拉伸柔性電極，並成功採集到大規模、高質量的神經元信號，再度印証了可拉伸柔性電極的優異性能。

方英介紹，目前團隊已成功研制出基於可拉伸柔性電極的高通量無線侵入式腦機接口系統。該系統通過優化腦機接口系統的生物相容性與信號傳輸的帶寬，可有效提升信號的長期穩定性和解碼精度，為侵入式腦機接口產品的規模化臨床應用奠定了技術基礎。