根据发表在2024年1月17日出版的《Nature Communications》杂志上的一项研究，采用新制造方法制造的传感器能够记录人类和一系列动物模型中大量单个神经元的大脑深处活动，分辨率低至一两个神经元。
该研究团队由加州大学圣迭戈分校的集成电子与生物界面实验室（IEBL）领导。
这种方法在几个方面都很独特。它依赖于超薄、灵活和可定制的探针，这些探针由临床级材料制成，配备的传感器可以记录极其局部的大脑信号。由于探针比目前的临床传感器小得多，因此它们可以彼此靠得非常近，从而可以在大脑内部前所未有的深度上对特定区域进行高分辨率的检测。
目前，这种探针可以记录多达128个通道，而目前最先进的临床探针只有8到16个通道。未来，研究人员开发的创新制造方法可以将每个探针的通道数量扩展到数千个，从而极大地提高医生以更高分辨率获取、分析和理解大脑信号的能力。
这些电极配备了128个传感器，可以记录极端局部的大脑信号，还有16个刺激触点，可以提供临床级的刺激电流，还可以记录大脑信号。Credit: David Baillot/University of California San Diego
这项技术可以在抗药性癫痫患者日常生活中对他们进行长达30天的无线监测。除了抗药性癫痫之外，这项技术的潜在应用范围更广，包括帮助帕金森病患者、运动障碍患者、强迫症患者、肥胖症患者、抗药性抑郁症患者、重度慢性疼痛患者和其他疾病患者。
该论文只报道了大脑记录数据，但该系统的开发既能记录大脑活动，又能对精确位置进行电刺激。事实上，该团队是在先前和正在进行的工作的基础上，利用这种可扩展的薄膜制造方法来创造脑机接口，以记录大脑皮层表面的活动并提供治疗性电刺激。
Fig. 1: µSEEG electrode arrays. （来源于：原论文）
这些探针它们的单个组件是层层叠加在一起的，形成一个单一的、有内聚力的单元，不需要人工组装额外的导线来进行记录。
由于采用了源自半导体和数字显示屏行业的薄膜技术，新的记录系统具有极高的定制性和可扩展性。因此，探针非常小巧，只有15微米厚，约为头发丝厚度的1/5，最大程度地减少了探针和大脑材料特性之间的差异。
论文的通讯作者、加州大学圣迭戈分校电气工程教授Shadi Dayeh表示："我们开发了一种完全不同的薄膜电极制造方法，可以到达大脑深部结构------治疗所必需的深度------实现可重复、可定制和高通量的电极生产，尽管电极体更薄，但具有高空间分辨率和通道数。"
这些超薄、灵活且可定制的探针由临床级材料制成。Credit: David Baillot/University of California San Diego
可实现30天的无线大脑记录系统
研究人员开发的这种系统可以识别出引发抗药性癫痫发作的大脑特定区域。为了实现这一目标，研究小组正在努力实现他们的愿景，即建立一个大脑监测系统，在大脑深部植入传感器，并在大脑表面安装传感器。
电极可以记录大脑内部10厘米/4深处的大脑活动。它们只有15微米厚，也就是人类头发宽度的五分之一，1.2毫米宽。Credit: David Baillot/University of California San Diego
这些传感器将与一个装在无线帽中的小型计算机系统进行无线通信，人们可以长时间戴着这个无线帽。这顶帽子将提供无线供电和计算原件，以捕捉从人脑中记录 30 天的大脑信号。
参考文献：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-43727-9
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