在腦機接口等神經(jīng)接口系統(tǒng)中，電極是連接電子設(shè)備和生物神經(jīng)系統(tǒng)的核心界面?zhèn)鞲衅?，也是腦機接口中“接口”的核心所在。當前植入式電極均是“靜態(tài)”的，植入后只能“固定位置、局限采集”，還會因機體免疫反應(yīng)導(dǎo)致傳導(dǎo)失效，嚴重制約了腦機接口的應(yīng)用和未來發(fā)展。

　　近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院等，成功研發(fā)出如頭發(fā)絲般纖細、柔軟可拉伸、可自由驅(qū)動的神經(jīng)纖維電極——NeuroWorm（神經(jīng)蠕蟲），首次提出了腦機接口“動態(tài)電極”的新范式，打破了植入式電極的“靜態(tài)”傳統(tǒng)，為腦機接口電極的研究與應(yīng)用開辟了新方向。

　　傳統(tǒng)植入式電極在植入后無法動態(tài)調(diào)整植入位置，不能對周邊環(huán)境做出響應(yīng)性調(diào)整。研究團隊通過精巧電極結(jié)構(gòu)設(shè)計和卷曲技術(shù)，制備出擁有沿纖維長度方向獨立分布的60個通道的、直徑僅有196微米的柔軟可拉伸纖維電極。

　　為了讓電極“動起來”，研究團隊在纖維頭部嵌入了一個微小的磁控單元，結(jié)合高精度磁控系統(tǒng)和即時影像追蹤技術(shù)，使電極能夠在體內(nèi)自主調(diào)控前進方向，并能穩(wěn)定記錄高質(zhì)量的生物電信號。

　　研究團隊將這種動態(tài)電極命名為NeuroWorm。在磁場控制下，NeuroWorm實現(xiàn)了在實驗對象兔子顱內(nèi)“游走”，并根據(jù)需要主動更換監(jiān)測目標。

　　研究團隊還實現(xiàn)了NeuroWorm在肌肉內(nèi)的長期植入與穩(wěn)定工作。

　　NeuroWorm在大鼠腿部肌肉內(nèi)穩(wěn)定工作超過43周，持續(xù)穩(wěn)定地記錄肌電信號。值得關(guān)注的是，植入13個月后，NeuroWorm周圍形成的纖維包裹層厚度平均不足23微米，周圍組織的細胞凋亡率與正常組織相當，展現(xiàn)出優(yōu)異的長期生物相容性。

　　該研究為外骨骼控制、康復(fù)輔助以及日常環(huán)境中的人機協(xié)同提供了新可能。

　　NeuroWorm使傳統(tǒng)的被動固定式植入電極首次邁向可主動控制、智能響應(yīng)、與生物組織協(xié)同運動的全新階段。

　　未來，研究團隊將繼續(xù)在動態(tài)柔性電極和“活性”主動響應(yīng)型柔性電極領(lǐng)域進行深入研究，推動腦機接口技術(shù)的發(fā)展進程。

　　9月17日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》（Nature）上。

NeuroWorm的設(shè)計、制造策略和演示

磁場控制下NeuroWorm對腦部與骨骼肌的動態(tài)監(jiān)測